導(dǎo)熱劑廠家對(duì)比分析四種功率型LED封裝基板

　　功率型LED封裝基板作為熱與空氣對(duì)流的載體，其熱導(dǎo)率對(duì)LED的散熱起著決定性作用。DPC陶瓷基板以其優(yōu)秀的功用和逐漸下降的價(jià)格，在很多電子封裝材猜中顯示出很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是未來功率型LED封裝開展的趨勢(shì)。跟著科學(xué)技能的開展、新制備工藝的呈現(xiàn)，高導(dǎo)熱陶瓷材料作為新型電子封裝基板材料，運(yùn)用遠(yuǎn)景十分寬廣。

　　跟著LED芯片輸入功率的不斷進(jìn)步，大耗散功率帶來的大發(fā)熱量給LED封裝材料提出了更新、更高的要求。在LED散熱通道中，封裝基板是銜接表里散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，兼有散熱通道、電路銜接和對(duì)芯片進(jìn)行物理支撐的功用。對(duì)高功率LED產(chǎn)品來講，其封裝基板要求具有高電絕緣性、高導(dǎo)熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)等特性。

　　樹脂基封裝基板：配套本錢高遍及尚有難度

　　EMC和SMC對(duì)模壓成型設(shè)備要求高，一條模壓成型出產(chǎn)線價(jià)格在1000萬元左右，大規(guī)模遍及尚有難度。

　　近幾年鼓起的貼片式LED支架一般選用高溫改性工程塑膠料，以PPA(聚鄰苯二甲酰胺)樹脂為質(zhì)料，經(jīng)過增加改性填料來增強(qiáng)PPA質(zhì)料的某些物理、化學(xué)性質(zhì)，然后使PPA資料愈加合適注塑成型及貼片式LED支架的運(yùn)用。PPA塑料導(dǎo)熱功用很低，其散熱首要經(jīng)過金屬引線結(jié)構(gòu)進(jìn)行，散熱才能有限，只適用于小功率LED封裝。

　　跟著業(yè)界對(duì)LED散熱的重視，兩種新的熱固性塑膠料——環(huán)氧塑封料（EMC）和片狀模塑料（SMC）被引進(jìn)貼片式LED支架中。EMC是以高功用酚醛樹脂為固化劑、導(dǎo)熱系數(shù)較高的硅微粉等為填料、多種助劑混配而成的粉狀模塑料。SMC首要是由30%左右的不飽和樹脂、40%左右的玻璃纖維、無機(jī)填料以及其他增加劑組成。這兩種熱固性模塑料熱固化溫度在150℃左右，經(jīng)過改性后導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)4W/(m·K)～7W/(m·K)，與PPA塑膠比較有較大進(jìn)步，但缺陷是流動(dòng)性與導(dǎo)熱性較難統(tǒng)籌，固化成型時(shí)硬度過高，簡(jiǎn)單發(fā)生裂紋和毛刺。EMC和SMC固化時(shí)間長(zhǎng)，成型功率相對(duì)較低，對(duì)模壓成型設(shè)備、模具及其他配套設(shè)備的要求適當(dāng)高，一條模壓成型及配套出產(chǎn)線價(jià)格在1000萬元左右，大規(guī)模遍及尚有難度。

　　金屬芯印刷電路板：制造工藝雜亂實(shí)踐運(yùn)用較少

　　鋁基板的加工制造進(jìn)程雜亂、本錢高，鋁的熱膨脹系數(shù)與芯片資料相差較大，實(shí)踐運(yùn)用中較少選用。

　　跟著LED封裝向薄型化及低本錢化方向開展，板上芯片（COB）封裝技能逐漸鼓起。現(xiàn)在，COB封裝基板大多運(yùn)用金屬芯印刷電路板，高功率LED封裝大多選用此種基板，其價(jià)格介于中、高價(jià)位間。

　　當(dāng)時(shí)出產(chǎn)上通用的大功率LED散熱基板，其絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)極低，并且因?yàn)榻^緣層的存在，使得其無法承受高溫焊接，約束了封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不利于LED散熱。

　　怎么進(jìn)步環(huán)氧絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)成為現(xiàn)階段鋁基板的研討熱門。現(xiàn)在選用的是一種摻有高熱傳導(dǎo)性無機(jī)填充物(比如陶瓷粉末)的改性環(huán)氧樹脂或環(huán)氧玻璃布黏結(jié)片，經(jīng)過熱壓把銅箔、絕緣體以及鋁板黏結(jié)起來。現(xiàn)在國(guó)際上已經(jīng)開宣布一種“全膠鋁基板”，選用全膠的鋁基板的熱阻能夠做到0.05K/W。此外，我國(guó)臺(tái)灣的一家公司最近開宣布一種類鉆碳資料DLC，并將其運(yùn)用于高亮度LED封裝鋁基板的絕緣層。DLC有許多優(yōu)越的資料特性：高熱傳導(dǎo)率、熱均勻性與高資料強(qiáng)度等。因而，以DLC替代傳統(tǒng)金屬基印刷電路板（MCPCB）的環(huán)氧樹脂絕緣層，有望極大進(jìn)步MCPCB的熱傳導(dǎo)率，但其實(shí)踐運(yùn)用作用還有待商場(chǎng)檢測(cè)。

　　一種功用更好的鋁基板是直接在鋁板上生成絕緣層，然后印制電路。選用這種辦法的最大長(zhǎng)處是結(jié)合力強(qiáng)，并且導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2.1W/(m·K)。但這種鋁基板的加工制造進(jìn)程雜亂、本錢高，并且，金屬鋁的熱膨脹系數(shù)與芯片材料相差較大，器材作業(yè)時(shí)熱循環(huán)常會(huì)發(fā)生較大應(yīng)力，終究可能導(dǎo)致失效，因而在實(shí)踐運(yùn)用中較少選用。

　　硅基封裝基板：面對(duì)挑戰(zhàn)良品率低于60%

　　硅基板在絕緣層、金屬層、導(dǎo)通孔的制備方面都面對(duì)應(yīng)戰(zhàn)，良品率不超越60%。

　　以硅基材料作為L(zhǎng)ED封裝基板技術(shù)，近幾年逐漸從半導(dǎo)體業(yè)界引進(jìn)到LED業(yè)界。硅基板的導(dǎo)熱功用與熱膨脹功用都表明晰硅是與LED較匹配的封裝資料。硅的導(dǎo)熱系數(shù)為140W/m·K，運(yùn)用于LED封裝時(shí)，所造成的熱阻只要0.66K/W；并且硅基材料已被很多運(yùn)用在半導(dǎo)體制程及相關(guān)封裝范疇，所觸及相關(guān)設(shè)備及材料已適當(dāng)老練。因而，若將硅制造成LED封裝基板，簡(jiǎn)單構(gòu)成量產(chǎn)。

　　不過，LED硅基板封裝仍有許多技能問題。例如，材料方面，硅材簡(jiǎn)單碎裂，且組織強(qiáng)度也有問題。結(jié)構(gòu)方面，硅盡管是優(yōu)秀導(dǎo)熱體，但絕緣性不良，有必要做氧化絕緣處理。此外，其金屬層需選用濺鍍結(jié)合電鍍的辦法制備，導(dǎo)電孔需選用腐蝕的辦法進(jìn)行。整體看來，絕緣層、金屬層、導(dǎo)通孔的制備都面對(duì)應(yīng)戰(zhàn)，良品率不高。現(xiàn)在雖有一些臺(tái)灣企業(yè)開宣布LED硅基板并量產(chǎn)，但良品率不超越60%。

　　陶瓷封裝基板：提高散熱功率滿意高功率LED需求

　　合作高導(dǎo)熱的陶瓷基體，DPC明顯提高了散熱功率，是最合適高功率、小尺度LED開展需求的產(chǎn)品。

　　陶瓷散熱基板具有新的導(dǎo)熱材料和新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了鋁金屬基板所具有的缺陷，然后改善基板的整體散熱作用。現(xiàn)在可用作散熱基板的陶瓷材猜中，BeO盡管導(dǎo)熱系數(shù)高，但其線膨脹系數(shù)與硅（Si）相差很大，且制造時(shí)有毒，約束了本身的運(yùn)用；BN具有較好的歸納功用，但作為基板資料，沒有杰出的長(zhǎng)處，并且價(jià)格昂貴，現(xiàn)在僅僅處于研討和推行中；碳化硅（SiC）具有高強(qiáng)度和高熱導(dǎo)率，但其電阻和絕緣耐壓值較低，金屬化后鍵合不穩(wěn)定，會(huì)引起熱導(dǎo)率和介電常數(shù)的改動(dòng)，不宜作為絕緣性封裝基板材料。Al2O3陶瓷基片雖是現(xiàn)在產(chǎn)值最多、運(yùn)用最廣的陶瓷基片，但因?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)相對(duì)Si單晶偏高，導(dǎo)致Al2O3陶瓷基片并不太合適在高頻、大功率、超大規(guī)模集成電路中運(yùn)用。A1N晶體具有高熱導(dǎo)率，被認(rèn)為是新一代半導(dǎo)體基板和封裝的抱負(fù)材料。

　　AlN陶瓷資料從20世紀(jì)90年代開端得到廣泛地研討而逐漸開展起來，是現(xiàn)在遍及認(rèn)為很有開展遠(yuǎn)景的電子陶瓷封裝資料。AlN陶瓷基板的散熱功率是Al2O3基板的7倍之多，AlN基板運(yùn)用于高功率LED的散熱效益明顯，進(jìn)而大幅提高LED的運(yùn)用壽命。AlN基板的缺陷是即便外表有十分薄的氧化層也會(huì)對(duì)熱導(dǎo)率發(fā)生較大影響，只要對(duì)材料和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制才能制造出一致性較好的AlN基板。現(xiàn)在大規(guī)模出產(chǎn)AlN還不老練，相較于現(xiàn)在運(yùn)用遍及的Al2O3基板，AlN基板的本錢約為Al2O3基板的3～5倍。但未來若能量產(chǎn)，AlN基板的本錢可快速下降，到時(shí)散熱效益強(qiáng)壯的AlN基板將有時(shí)機(jī)替代Al2O3基板。

　　現(xiàn)階段運(yùn)用于LED封裝的陶瓷基板按制備技能可分為HTCC、LTCC、DBC、DPC4種。HTCC又稱高溫共燒多層陶瓷，其首要資料為熔點(diǎn)較高但導(dǎo)電性較差的鎢、鉬、錳等金屬，制造本錢高昂，現(xiàn)在較少選用。LTCC又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，其熱傳導(dǎo)率為2W/(m·K)～3W/(m·K)左右，與現(xiàn)有鋁基板比較并沒有太大優(yōu)勢(shì)。此外，LTCC因?yàn)檫x用厚膜印刷技能完結(jié)線路制造，線路外表較為粗糙，對(duì)位不精準(zhǔn)。并且，多層陶瓷疊壓燒結(jié)工藝還有縮短份額的問題，這使得其工藝解析度遭到約束，LTCC陶瓷基板的推行運(yùn)用遭到極大應(yīng)戰(zhàn)。

　　基于板上封裝技能而開展起來的直接覆銅陶瓷板(DBC)也是一種導(dǎo)熱功用優(yōu)秀的陶瓷基板。DBC基板在制備進(jìn)程中沒有運(yùn)用黏結(jié)劑，因而導(dǎo)熱功用好，強(qiáng)度高，絕緣性強(qiáng)，熱膨脹系數(shù)與Si等半導(dǎo)體資料相匹配。但是，陶瓷基板與金屬材料的反響才能低，潤(rùn)濕性差，施行金屬化較為困難，不易解決Al2O3與銅板間微氣孔發(fā)生的問題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)與良品率遭到較大的應(yīng)戰(zhàn)，仍然是國(guó)表里科研作業(yè)者研討的要點(diǎn)。

　　DPC陶瓷基板又稱直接鍍銅陶瓷板，DPC產(chǎn)品具備線路精準(zhǔn)度高與外表平整度高的特性，十分適用于LED覆晶/共晶工藝，合作高導(dǎo)熱的陶瓷基體，明顯提高了散熱功率，是最合適高功率、小尺度LED開展需求的陶瓷散熱基板。

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