高功率LED封装基板技术分析

　　前言

　　技术上高功率LED封装后的商品，使用时散热对策成为非常棘手问题，在此背景下具备高成本效益，类似金属系基板等高散热封装基板的发展动向，成为LED高效率化之后另一个备受嘱目的焦点。

　　本文要介绍LED封装用金属系基板的发展动向，与陶瓷系封装基板的散热设计技术。

　　发展历程

　　图1是有关LED的应用领域发展变迁预测，如图2所示使用高功率LED时，LED产生的热量透过封装基板与冷却风扇排放至空气中。

　　以往LED的输出功率较小，可以使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板，然而照明用高功率LED的发光效率只有20~30% ，而且芯片面积非常小，虽然整体消费电力非常低，不过单位面积的发热量却很大。

　　如上所述汽车、照明与一般民生业者已经开始积极检讨LED的适用性(图3)，一般民生业者对高功率LED期待的特性分别是省电、高辉度、长使用寿命、高色再现性，这意味着高散热性是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。

　　一般树脂基板的散热极限只支持0.5W以下的LED，超过0.5W以上的LED封装大多改用金属系与陶瓷系高散热基板，主要原因是基板的散热性对LED的寿命与性能有直接影响，因此封装基板成为设计高辉度LED商品应用时非常重要的组件。

　　金属系高散热基板又分成硬质(rigid)与可挠曲(flexible)系基板两种(图4) ，硬质系基板属于传统金属基板，金属基材的厚度通常大于1mm，硬质系基板广泛应用在LED灯具模块与照明模块，技术上它是与铝质基板同等级高热传导化的延伸，未来可望应用在高功率LED的封装。

　　可挠曲系基板的出现是为了满足汽车导航仪等中型LCD背光模块薄形化，以及高功率LED三次元封装要求的前提下，透过铝质基板薄板化赋予封装基板可挠曲特性，进而形成同时兼具高热传导性与可挠曲特性的高功率LED封装基板。

　　硬质系基板的特性

　　图5是硬质金属系封装基板的基本结构，它是利用传统树脂基板或是陶瓷基板，赋予高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性，构成新世代高功率LED封装基板。

　　如图所示它是利用环氧树脂系接着剂将铜箔黏贴在金属基材的表面，透过金属基材与绝缘层材质的组合变化，可以制成各种用途的LED封装基板。

　　高散热性是高功率LED封装用基板不可或缺的基本特性，因此上述金属系LED封装基板使用为铝与铜等材料，绝缘层大多使用充填高热传导性无机填充物(Filler)的填充物环氧树脂。