浅谈LED封装PCB和DPC陶瓷PCB

功率型LED封装PCB作为热与空气对流的载体，其热导率对LED的散热起着决定性作用。DPC陶瓷PCB以其优良的性能和逐渐降低的价格，在众多电子封装材料中显示出很强的竞争力，是未来功率型LED封装发展的趋势。随着科学技术的发展、新制备工艺的出现，高导热陶瓷材料作为新型电子封装PCB材料，应用前景十分广阔。

随着LED芯片输入功率的不断提高，大耗散功率带来的大发热量给LED封装材料提出了更新、更高的要求。在LED散热通道中，封装PCB是连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电路连接和对芯片进行物理支撑的功能。对高功率LED产品来讲，其封装PCB要求具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性。

树脂基封装PCB：配套成本高普及尚有难度

emc和SMC对模压成型设备要求高，一条模压成型生产线价格在1000万元左右，大规模普及尚有难度。

近几年兴起的贴片式LED支架一般采用高温改性工程塑胶料，以PPA（聚邻苯二甲酰胺）树脂为原料，通过添加改性填料来增强PPA原料的某些物理、化学性质，从而使PPA材料更加适合注塑成型及贴片式LED支架的使用。PPA塑料导热性能很低，其散热主要通过金属引线框架进行，散热能力有限，只适用于小功率LED封装。

金属芯印刷电路板：制造工艺复杂实际应用较少

铝基PCB的加工制造过程复杂、成本高，铝的热膨胀系数与芯片材料相差较大，实际应用中较少采用。高功率LED封装大多采用此种PCB，其价格介于中、高价位间。

当前生产上通用的大功率LED散热PCB，其绝缘层导热系数极低，而且由于绝缘层的存在，使得其无法承受高温焊接，限制了封装结构的优化，不利于LED散热。

硅基封装PCB：面临挑战良品率低于60%

硅基PCB在绝缘层、金属层、导通孔的制备方面都面临挑战，良品率不超过60%。以硅基材料作为LED封装PCB技术，在半导体业界LED行业有所应用。硅基PCB的导热性能与热膨胀性能都表明了硅是与LED较匹配的封装材料。硅的导热系数为140W/m·K，应用于LED封装时，所造成的热阻只有0.66K/W；而且硅基材料已被大量应用在半导体制程及相关封装领域，所涉及相关设备及材料已相当成熟。因此，若将硅制作成LED封装PCB，容易形成量产。

不过，LED硅PCB封装仍有许多技术问题。例如，材料方面，硅材容易碎裂，且机构强度也有问题。结构方面，硅尽管是优良导热体，但绝缘性不良，必须做氧化绝缘处理。此外，其金属层需采用溅镀结合电镀的方式制备，导电孔需采用腐蚀的方法进行。总体看来，绝缘层、金属层、导通孔的制备都面临挑战，良品率不高。

陶瓷封装PCB：提升散热效率满足高功率LED需求

配合高导热的陶瓷基体显著提升了散热效率，是最适合高功率、小尺寸LED发展需求的产品。陶瓷PCB具有新的导热材料和新的内部结构，弥补了铝金属PCB所具有的缺陷，从而改善PCB的整体散热效果。目前可用作散热PCB的陶瓷材料中，BeO虽然导热系数高，但其线膨胀系数与硅相差很大，且制造时有毒，限制了自身的应用；BN具有较好的综合性能，但作为PCB材料，没有突出的优点，而且价格昂贵，目前只是处于研究和推广中；碳化硅具有高强度和高热导率，但其电阻和绝缘耐压值较低，金属化后键合不稳定，会引起热导率和介电常数的改变，不宜作为绝缘性封装PCB材料。Al2O3陶瓷基片虽是目前产量最多、应用最广的陶瓷基片，但由于其热膨胀系数相对Si单晶偏高，导致Al2O3陶瓷基片并不太适合在高频、大功率、超大规模集成电路中使用。A1N晶体具有高热导率，被认为是新一代半导体PCB和封装的理想材料。

AlN陶瓷PCB从20世纪90年代开始得到广泛地研究而逐步发展起来，是目前普遍认为很有发展前景的电子陶瓷封装材料。AlN陶瓷PCB的散热效率是Al2O3的7倍之多，AlN陶瓷PCB应用于高功率LED的散热效益显著，进而大幅提升LED的使用寿命。

基于板上封装技术而发展起来的直接覆铜陶瓷板（DBC）也是一种导热性能优良的陶瓷PCB。DBC在制备过程中没有使用黏结剂，因而导热性能好，强度高，绝缘性强，热膨胀系数与Si等半导体材料相匹配。然而，陶瓷PCB与金属材料的反应能力低，润湿性差，实施金属化颇为困难，不易解决Al2O3与铜板间微气孔产生的问题，这使得该产品的量产与良品率受到较大的挑战，仍然是国内外科研工作者研究的重点。目前国内也只有斯利通领头的寥寥数家能够量产。

DPC陶瓷PCB又称直接镀铜陶瓷板，DPC产品具备线路精准度高与表面平整度高的特性，非常适用于LED覆晶/共晶工艺，配合高导热的陶瓷基体，显著提升了散热效率，是最适合高功率、小尺寸LED发展需求的跨时代产物。
编辑：hfy