LED 陶瓷散热.PDF

LED 陶瓷散熱 前言 過去LED 只能拿來做為狀態指示燈的時代，其封裝散熱從來就不是問題，但近年來 LED 的亮度、功率皆積極提升，並開始用於背光與電子照明等應用後，LED 的封裝 散熱問題已悄然浮現。 關鍵字:LED 陶瓷散熱 一,簡介: 陶瓷的優良絕緣性與散熱效率促使得 LED 照明進入了新瓷器時 代。LED 散熱技 術隨著高功率 LED 產品的應用發展，已成為各家業者相繼尋求解 決的議題，而 LED 散熱基板的選擇亦隨著 LED 之線路設計、尺寸、發光效率…等 條件的不同有設計上 的差異，以目前市陎上最常見的可區分為(一)系統電路板， 其主要是作為 LED 最後將 熱能傳導到大氣中、散熱鰭片或外殼的散熱系統，而列 為系統電路板的種類包括：鋁 基板(MCPCB) 、印刷電路板(PCB)以及軟式印刷電路 板(FPC) 。(二)LED 晶粒基板，是屬 於 LED 晶粒與系統電路板兩者之間熱能導出的 媒介，並藉由共晶或覆晶與 LED 晶粒 結合。 二, 陶瓷散熱基板種類 現階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有 LTCC 、HTCC 、DBC 、DPC 四種，其中 HTCC 屬於較早期發展之技術，但由於其較高的製程溫度(1300~1600℃) ，使其電極材料的選 擇受限，且製作成本相當昂貴，這些因素促使 LTCC 的發展，LTCC 雖 然將共燒溫度 降至約 850℃，但其尺寸精確度、產品強度等技術上的問題尚待突破。而 DBC 與 DPC 則為近幾年才開發成熟，且能量產化的專業技術，但對於許 多人來說，此兩項專業的 製程技術仍然很陌生，甚至可能將兩者誤解為同樣的製 程。DBC 乃利用高溫加熱將 Al2O3 與 Cu 板結合，其技術瓶頸在於不易解決 Al2O3 與 Cu 板間微氣孔產生之問 題，這使得該產品的量產能量與良率受到較大的挑 戰，而 DPC 技術則是利用直接披 覆技術，將 Cu 沉積於 Al2O3 基板之上，其製程 結合材料與薄膜製程技術，其產品為 近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與製程技術整合能力要求較高，這使 得跨入 DPC 產業並能穩定生產的技術門檻相對較高，下文將針對四種陶瓷散熱基板的 生產流程做進一步的說明，進 而更加瞭解四種陶瓷散熱基板製造過程的差異。 一,LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic) LTCC 又稱為低溫共燒多層陶瓷基板，此技術須先將無機的氧化鋁粉與約 30%~50% 的玻璃材料加上有機黏結劑，使其混合均勻成為泥狀的漿料，接著利用 刮刀把漿料 刮成片狀，再經由一道乾燥過程將片狀漿料形成一片片薄薄的生胚， 然後依各層的 設計鑽導通孔，作為各層訊號的傳遞，LTCC 內部線路則運用網版 印刷技術，分別於 生胚上做填孔及印製線路，內外電極則可分別使用銀、銅、金 等金屬，最後將各層 做疊層動作，放置於 850~900℃的燒結爐中燒結成型，即可 完成。詳細製造過程如圖 1 LTCC 生產流程圖。 二,HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic) HTCC 又稱為高溫共燒多層陶瓷，生產製造過程與 LTCC 極為相似，主要的差 異 點在於 HTCC 的陶瓷粉末並無加入玻璃材質，因此，HTCC 的必須再高溫1300~1600 ℃環境下乾燥硬化成生胚，接著同樣鑽上導通孔，以網版印刷技術填 孔與印製線 路，因其共燒溫度較高，使得金屬導體材料的選擇受限，其主要的材 料為熔點較高 但導電性卻較差的鎢、鉬、錳…等金屬，最後再疊層燒結成型。 三,DBC (Direct Bonded Copper) DBC 直接接合銅基板，將高絕緣性的 Al2O3 或 AlN 陶瓷基板的單陎或雙陎覆 上 銅金屬後，經由高溫 1065~1085℃的環境加熱，使銅金屬因高溫氧化、擴散與