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LED散热基板汇总介绍及技术发展趋势分析

2011-04-29 10:38
苏子言岁月
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  2.1 系统电路板

  系统电路板主要是作为LED散热系统中,最后将热能导至散热鳍片、外壳或大气中 的材料。近年来印刷电路板(PCB)的生产技术已非常纯熟,早期LED产品的系统电路板多 以PCB为主,但随着高功率LED的需求增加,PCB之材料散热能力有限,使其无法应用于其高 功率产品,为了改善高功率LED散热问题,近期已发展出高热导系数铝基板(MCPCB),利 用金属材料散热特性较佳的特色,已达到高功率产品散热的目的。然而随着LED亮度与效能 要求的持续发展,尽管系统电路板能将LED晶片所产生的热有效的散热到大气环境,但是 LED晶粒所产生的热能却无法有效的从晶粒传导至系统电路板,异言之,当LED功率往更高 效提升时,整个LED的散热瓶颈将出现在LED晶粒散热基板。

  2.2 LED晶粒基板

  LED晶粒基板主要是作为LED 晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介,藉由打线、 共晶或覆晶的制程与LED晶粒结合。而基于散热考量,目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷 基板为主,以线路备制方法不同约略可区分为:厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及 薄膜陶瓷基板三种,在传统高功率LED元件,多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基 板,再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。

  如前言所述,此金线连结限制了热量沿电极接点散失之效能。因此,近年来,国内 外大厂无不朝向解决此问题而努力。其解决方式有二,其一为寻找高散热系数之基板材料 ,以取代氧化铝,包含了矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板,其中矽及碳 化矽基板之材料半导体特性,使其现阶段遇到较严苛的考验,而阳极化铝基板则因其阳极 化氧化层强度不足而容易因碎裂导致导通,使其在实际应用上受限,因而,现阶段较成熟 且普通接受度较高的即为以氮化铝作为散热基板;然而,目前受限于氮化铝基板不适用传 统厚膜制程(材料在银胶印刷后须经850℃大气热处理,使其出现材料信赖性问题),因此 ,氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。

  以薄膜制程备制之氮化铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路 板的效能,因此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路板的负担,进而达到高热散 的效果。

  另一种热散的解决方案为将LED晶粒与其基板以共晶或覆晶的方式连结,如此一来 ,大幅增加经由电极导线至系统电路板之散热效率。然而此制程对于基板的布线精确度与 基板线路表面平整度要求极高,这使得厚膜及低温共烧陶瓷基板的精准度受制程网版张网 问题及烧结收缩比例问题而不敷使用。现阶段多以导入薄膜陶瓷基板,以解决此问题。薄 膜陶瓷基板以黄光微影方式备制电路,辅以电镀或化学镀方式增加线路厚度,使得其产品 具有高线路精准度与高平整度的特性。共晶/覆晶制程辅以薄膜陶瓷散热基板势必将大幅提 升LED的发光功率与产品寿命。

  近年来,由于铝基板的开发,使得系统电路板的散热问题逐渐获得改善,甚而逐渐 往可挠曲之软式电路板开发。另一方面,LED晶粒基板亦逐步朝向降低其热阻方向努力。

  3、LED陶瓷散热基板介绍

  如何降低LED晶粒陶瓷散热基板的热阻为目前提升LED发光效率最主要的课题之一, 若依其线路制作方法可区分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三种 ,分别说明如下:

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