散热基板之厚膜与薄膜制程差异分析

1、简介

　　led模块现今大量使用在电子相关产品上,随着应用范围扩大以及照明系统的不断提升,约从1990年开始高功率 化的要求急速上升,尤其是以白光高功率型式的需求最大,现在的照明系统上所使用之LED功率已经不只1W、3W、5W甚至到达10W以上,所以散热基板的散热效能俨然成为最重要的议题。影响LED散热的主要因素包含了LED晶粒、晶粒载板、芯片封装及模块的材质与设计,而LED及其封装的材料所累积的热能多半都是以传导方式散出,所以LED晶粒基板及LED芯片封装的设计及材质就成为了主要的关键。

　　2、散热基板对于LED模块的影响

　　LED从1970年以后开始出现红光的LED,之后很快的演进到了蓝光 及绿光,初期的运用多半是在一些标示上,如家电 用品上的指示,到了2000年开始,白光高功率LED的出现,让LED的运用开始进入另一阶段,像是户外大型看版、小型显示 器的背光源等 (如图一),但随着高功率的快速演进,预计从2010年之后,车用照明、室内及特殊照明的需求量日增,但是这些高功率的照明设备,其散热效能的要求也越益严苛,因陶瓷基板具有较高的散热能力与较高的耐热、气密性,因此,陶瓷基板为目前高功率LED最常使用的基板材料之一。

 

　　然而,目前市面上较常见的陶瓷基板多为LTCC或厚膜技术制成的陶瓷散热基板,此类型产品受网版印刷技术的准备瓶颈,使得其对位精准度上无法配合更高阶的焊接,共晶(Eutectic )或覆晶(Flip chip) 封装方式,而利用薄膜制程技术所开发的陶瓷散热基板则提供了高对位精准度的产品,以因应封装技术的发展。

　　2.1、散热基板的选择

　　就LED晶粒承载基板的发展上,以承载晶粒而言,传统PCB 的基板材质具有高度商业化的特色,在LED发展初期有着相当的影响力。然而,随着LED功率的提升,LED基板的散热能力,便成为其重要的材料特性之一,为此,陶瓷基板逐渐成为高效能LED的主要散热基板材料(如表一所示),并逐渐被市场接受进而广泛使用。近年来,除了陶瓷基板本身的材料特性问题须考虑之外,对基板上金属线路之线宽、线径、金属表面平整度与附着力之要求日增,使得以传统厚膜制程备制的陶瓷基板逐渐不敷使用,因而发展出了薄膜型陶瓷散热基板,本文将针对陶瓷散热基板在厚膜与薄膜制程及其产品特性上的差异做出分析。

　　表一、各类材料散热系数

 

　　3、陶瓷散热基板

　　从传统的PCB(FR4)板,到现在的陶瓷基板,LED不断往更高功率的需求发展, 现阶段陶瓷基板之金属线路多以厚膜技术成型,然而厚膜印刷的对位精准度使得其无法跟上LED封装技术之进步,其主要因素为在更高功率LED组件的散热设计中,使用了共晶以及覆晶两种封装技术,这些技术的导入不但可以使用高发光效 率的LED晶粒,更可以大幅降低其热阻值并且让接合度更加完善,让整体运作的功率都相对的提升。但是这两种接合方式的应用都需要拥有精确金属线路设计的基础,因此以曝光微影为对位方式的薄膜型陶瓷散热基板就变成为精准线路设计主流。