瑷司柏led技术文章

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1、具有熱徢徑的鋁基板在LED燈具的散熱途徑上，熱從LED晶片產生後，經由熱傳導的方式，越過各種封裝材料而到達燈具外殻而散熱到空氣中。在這個熱傳導的過程中，有兩個主要的導熱瓶頸：一是與晶片直接接觸的散熱基板，目前已有陶瓷(氧化鋁或氮化鋁)提供有效且成本合理的導熱方式。另外一個是瓶頸是系統電路板。當然陶瓷也可以當做系統路板，而且特性最好，但終究是成本高了些，所以如果成本壓力大的燈具，就只好退而求其次，使用鋁基板(MCPCB)。鋁基板有眾多好處，但最可惜的就是，上下層金屬間的導熱絕緣層材料導熱系數只有10W/mk左右，相較於金屬鋁~200W/mk或銅~400W/mk，反

2、而成了熱傳導的一個阻礙。而目前大家努力的目標，多半是集中在改善導熱絕緣層材料上。璦司柏希望提供給LED業者最好且最具競爭力的散熱解決方案，利用微影技術，在電路層和散熱鋁板間開出一個非常容易導熱的銅通道，把LED元件的熱經由銅通道導到散熱板上，就不要特殊的導熱絕緣層材料了。這個概念如圖一所示，這個通道我把它稱為熱捷徑(EasyHeatPath)。圖一、熱捷徑示意圖 實際做出來的剖面圖如圖二所示。圖二、熱捷徑剖面圖 這個結構最特別的是，銅和散熱板是一體成型的，熱的傳導不會遇到介面的阻礙。熱從LED元件走熱捷徑而散到Al板上，而電仍舊走上層銅電路。這個結構，就是一種熱

3、電分離。當然，最重要的是，不會增加成本！ 利用上述原理所製作出來的COB鋁基板如圖三、圖四圖三：利用熱徢徑完成之COB成品單體 圖四：利用熱徢徑完成之COB成品 固晶區將晶片產生的熱，經由熱徢徑直接傳到下方的鋁基板，不須經過絕緣層，電則走上層銅線路。這種結構的絕緣層，崩潰電壓，經實測(75um厚度)，在4kV之上，和一般鋁基板相似。 作者　總經理莊弘毅博士　研發處副理廖政龍博士璦司柏電子股份有限公司陶瓷散熱基板與MetalCorePCB的散熱差異分析比較隨著科技日新月異的發展，近年來全球環保的意識抬頭，如何有效開發出節能省電的科技產品已成為現今趨勢。就LED產業

4、而言，慢慢這幾年內成為快速發的新興產業之一，在2010年的中國世博會中可看出LED的技術更是發光異彩，從上游到下游的生產製造，每一環節都是非常重要的角色。針對LED的發光效率會隨著使用時間的增長與應用的次數增加而持續降低，過高的接面溫度會加速影響其LED發光的色溫品質致衰減，所以接面溫度與LED發光亮度呈現反比的關係。此外，隨著LED晶粒尺寸的增加與多晶LED封裝設計的發展，LED載板的熱負荷亦倍增，此時除載板材料的散熱能力外，其材料的熱穩定性便左右了LED產品壽命。簡單的說，高功率LED產品的載板材料需同時具備高散熱與高耐熱的特性，因此封裝基板的材質就成為關鍵

5、因素。在傳統LED散熱基板的應用上，MetalCorePCB(MCPCB)與陶瓷散熱基板應用範圍是有所區別的，MCPCB主要使用於系統電路板，陶瓷散熱基板則是應用於LED晶粒基板，然而隨著LED需求的演化，二者逐漸被應用於COB(Chiponboard)的製程上，下文將針對此二種材料作進一步討論與比較。MCPCB:MCPCB主要是從早期的銅箔印刷式電路板(FR4)慢慢演變而成，MCPCB與FR4之間最大的差異是，MCPCB以金屬為核心技術，採用鋁或銅金屬作為電路板之底材，在基板上附著上一層銅箔或銅板金屬板作線路，用以改善散熱不佳等問題。MCPCB的結構圖如圖一所

6、示：因鋁金屬本身具有良好的延展性與熱傳導，結合銅金屬的高熱傳導率，理當有非常良好的導熱/散熱效果，然而，鋁本身為一導體，基於產品特性，鋁基板與銅之間必須利用一絕緣體做絕緣，以避免銅線路與鋁基板上下導通，故MCPCB多採用高分子材料作為絕緣層材料，但絕緣層(Polymer)熱傳導率僅0.2~0.5W/mK，且有耐熱方面的問題。因此原本熱傳導率極佳的鋁／銅金屬，在加入Polymer後，形成熱阻，大幅的降低基板整體的熱傳導效率，導致MCPCB的熱傳導率僅有1W/mK~2.2W/mK。近期的研究中，將高導電材料覆合於MCPCB之高分子材料中，雖提昇了MCPCB產品的熱傳

7、導率，但其MCPCB整體主軸方向的熱傳導率亦僅能提昇致3~5W/mK左右。然而，在實際應用上，MCPCB也面臨因衝壓分割時造成因金屬延伸(如圖二所示)，此時因金屬銅層受衝壓變形延伸而導致板邊高分子介電絕緣層變形，如此一來，容易使得LED產品的耐壓特性不穩定(介電高分子變形破壞)。陶瓷散熱基板:近期有許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應用，然而LTCC／HTCC二者因採用厚膜製程備置金屬線路，使得線路精準度不高，加上受限於製程因素，不利於生產小尺寸的產品，因此LTCC／HTCC現階段製程能力並不適合小尺寸高功率產品的需求。另一方面，DBC亦受限於製程能力，線

8、路解析度僅適合100~3