高功率LED的封装基板发展趋势

        现今数码家电与平面显示器急速普及化，加上LED单体成本持续下降，使得LED应用范围，以及有意愿采用LED的产业范围不断扩大，其中又以液晶面板厂商面临欧盟颁布的危害性物质限制指导(RoHS: Restriction of Hazardous Substances Directive)规范，而陆续提出未来必须将水银系冷阴极灯管(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)全面无水银化的发展方针，其结果造成高功率LED的需求更加急迫。

　　技术上高功率LED封装后的商品，使用时散热对策实为非常棘手，而此背景下具备高成本效率，且类似金属系基板等高散热封装基板的产品发展动向，成为LED高效率化之后另1个备受嘱目的焦点。

　　环氧树脂已不符合高功率需求

　　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%,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。

　　汽车、照明与一般民生业者已经开始积极检讨LED的适用性，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、高色彩再现性，这意味着散热性佳是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。

　　树脂基板的散热极限多半只支持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元件。

　　金属系高散热基板又分成硬质(rigid)与可挠曲(flexible)系基板两种，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,广泛应用在LED灯具模块与照明模块，技术上它与铝质基板相同等级高热传导化的延伸，未来可望应用在高功率LED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，进而形成兼具高热传导性与可挠曲性的高功率LED封装基板。

　　高效率化 金属基板备受关注

　　硬质金属系封装基板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。

　　高功率LED封装基板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，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封装基板使用铝与铜等材料，绝缘层大多使用高热传导性无机填充物(Filler)的环氧树脂。铝质基板是应用铝的高热传导性与轻量化特性制成高密度封装基板，目前已经应用在冷气空调的转换器(Inverter)、通讯设备的电源基板等领域，也同样适用于高功率LED封装。

　　一般而言，金属封装基板的等价热传导率标准大约是2W/mK,为满足客户4~6W/mK高功率化的需要，业者已经推出等价且热传导率超过8W/mK的金属系封装基板。由于硬质金属系封装基板主要目的是支持高功率LED封装，因此各封装基板厂商正积极开发可以提高热传导率的技术。

　　硬质金属系封装基板的主要特征是高散热性。高热传导性绝缘层封装基板，可以大幅降低LED芯片的温度。此外基板的散热设计，透过散热膜片与封装基板组合，还望延长LED芯片的使用寿命。

　　金属系封装基板的缺点是基材的金属热膨胀系数非常大，与低热膨胀系数陶瓷系芯片元件焊接时情形相似，容易受到热循环冲击，如果高功率LED封装使用氮化铝时，金属系封装基板可能会发生不协调的问题，因此必须设法吸收LED模块各材料热膨胀系数差异造成的热应力，藉此缓和热应力进而提高封装基板的可靠性。

　　封装基板业者积极开发可挠曲基板

　　可挠曲基板的主要用途大多集中在布线用基板，以往高功率晶体管与IC等高发热元件几乎不使用可挠曲基板，最近几年液晶显示器为满足高辉度化需求，强烈要求可挠曲基板可以高密度设置高功率LED,然而LED的发热造成LED使用寿命降低，却成为非常棘手的技术课题，虽然利用铝板质补强板可以提高散热性，不过却有成本与组装性的限制，无法根本解决问题。

　　高热传导挠曲基板在绝缘层黏贴金属箔，虽然基本结构则与传统挠曲基板完全相同，不过绝缘层采用软质环氧树脂充填高热传导性无机填充物的材料，具有与硬质金属系封装基板同等级8W/mK的热传导性，同时兼具柔软可挠曲、高热传导特性与高可靠性。此外可挠曲基板还可以依照客户需求，将单面单层面板设计成单面双层、双面双层结构。

　　高热传导挠曲基板的主要特征是可以设置高发热元件，并作三次元组装，亦即可以发挥自由弯曲特性，进而获得高组装空间利用率。

　　根据实验结果显示使用高热传导挠曲基板时，LED的温度约降低100C,此意味温度造成LED使用寿命的降低可望获得改善。事实上除了高功率LED之外，高热传导挠曲基板还可以设置其它高功率半导体元件，适用于局促空间或是高密度封装等要求高散热等领域。

　　有关类似照明用LED模块的散热特性，单靠封装基板往往无法满足实际需求，因此基板周边材料的配合变得非常重要，例如配合3W/mK的热传导性膜片，可以有效提高LED模块的散热性与组装作业性。