2010年新瓷器时代-LED陶瓷散热方案 LTCC、HTCC、DBC、DPC

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1、2010年新瓷器時代-LED陶瓷散熱方案分類：技術論壇2010/03/1616:021、前言璦司柏電子為因應高功率LED照明世代的來臨，致力尋求高功率LED的解熱方案，近年來，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，以目前市面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

2、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。為確保LED的散熱穩定與LED晶粒的發光效率，近期許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應用，其種類主要包含有：低溫共燒多層陶瓷(LTCC)、高溫共燒多層陶瓷(HTCC)、直接接合銅基板(DBC)、直接鍍銅基板(DPC)四種，以下本文將針對陶瓷LED晶粒基板的種類做深入

3、的探討。 2、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。

4、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。 2-1LTCC(Low-

5、TemperatureCo-firedCeramic)       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

6、成。詳細製造過程如圖1LTCC生產流程圖。 2-2HTCC(High-TemperatureCo-firedCeramic)       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。 2

7、-3DBC(DirectBondedCopper )       DBC直接接合銅基板，將高絕緣性的Al2O3或AlN陶瓷基板的單面或雙面覆上銅金屬後，經由高溫1065~1085℃的環境加熱，使銅金屬因高溫氧化、擴散與Al2O3材質產生(Eutectic)共晶熔體，使銅金與陶瓷基板黏合，形成陶瓷複合金屬基板，最後依據線路設計，以蝕刻方式備製線路，DBC製造流程圖如下圖2。 2-4DPC(DirectPlateCopper)        DPC亦稱為直接鍍銅基板，以璦司柏DPC基板製程為例：首先

8、將陶瓷基板做前處理清潔，利用薄膜專業製造技術－真空鍍膜方式於陶瓷基板上濺鍍結合於銅金屬複合層，接著以黃光微影之光阻被覆曝光、顯影、蝕刻、去膜製程完成線路製作，最後再以電鍍/化學鍍沉積方式增加線路的厚度，待光阻移除後即完成金屬化線路製作，詳細DPC生產流程圖如下圖3。 3、陶瓷散熱基板特性         在瞭解陶瓷散熱基板的製造方法後，接下來將近一步的探討各個散熱基板的特性具有哪些差異，而各項特性又分別代表了什麼樣的意義，為何會影響了散熱基板在應用時必須作為考量的重點。以下表一陶瓷散熱基板特性比