長(zhǎng)久以來(lái)，顯示利用一直是LED的重要訴求，對(duì)于LED的散熱性請(qǐng)求不甚高的情況下，LED多利用傳統(tǒng)樹(shù)脂基板進(jìn)行封裝。
2000年以后，隨LED高輝度化與高效率化技巧發(fā)展，再加上藍(lán)光LED發(fā)光效率大幅改良，與LED制作本錢(qián)持續(xù)下滑，讓LED利用范疇、及有意愿采用LED的產(chǎn)業(yè)范疇不斷擴(kuò)增，包含液晶、家電、汽車(chē)等業(yè)者，也開(kāi)端積極考慮利用LED的可能性，例如花費(fèi)性產(chǎn)品業(yè)者對(duì)于高功率LED的等待是，能達(dá)到省電、高輝度、長(zhǎng)應(yīng)用壽命、高色再現(xiàn)性，這代表著達(dá)到高散熱性才能，是高功率LED封裝基板不可欠缺的條件。
此外，液晶面板業(yè)者面臨歐盟RoHS規(guī)范，需器重將冷陰極燈管全面無(wú)水銀化的環(huán)保壓力，造成市場(chǎng)對(duì)于高功率LED的需求更加急切。
LED封裝除了保護(hù)內(nèi)部LED芯片外，還兼具LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功效。 環(huán)氧樹(shù)脂特征已不符合高功率LED需求
1個(gè)LED能達(dá)到幾百流明，這基礎(chǔ)上不是大標(biāo)題，重要的標(biāo)題是，如何往處理散熱?接下來(lái)在產(chǎn)生這么大的流明后，如何保持亮度的穩(wěn)固與持續(xù)性，這又是另一個(gè)重要課題，若熱處理沒(méi)有做好的話，LED的亮度和壽命會(huì)降落很快，對(duì)于LED來(lái)說(shuō)，如何做到有效的可靠度和熱傳導(dǎo)，是非常重要。
以往LED是應(yīng)用低熱傳導(dǎo)率樹(shù)脂進(jìn)行封裝，不過(guò)這被視為是影響散熱特征的原因之一，此外，環(huán)氧樹(shù)脂耐熱性比擬差，可能會(huì)呈現(xiàn)的情況是，在LED芯片本身的壽命未達(dá)到前，環(huán)氧樹(shù)脂就已浮現(xiàn)變色情況，因此，提高散熱性已是重要關(guān)鍵。
除此之外，不僅由于熱現(xiàn)象會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生變更，甚至短波長(zhǎng)也會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂造成標(biāo)題，這是由于白光LED發(fā)光光譜中，也包含短波長(zhǎng)光線，而環(huán)氧樹(shù)脂卻相當(dāng)輕易受白光LED中的短波長(zhǎng)光線損壞，即使是低功率白光LED，已能使環(huán)氧樹(shù)脂損壞現(xiàn)象加劇，更何況高功率白光LED所發(fā)出的短波長(zhǎng)光線更多，惡化自然比低功率格式更加快速，甚至有些產(chǎn)品在持續(xù)點(diǎn)亮后的應(yīng)用壽命僅5,000小時(shí)，甚至更短!所以，與其不斷克服因舊有封裝材料“環(huán)氧樹(shù)脂”帶來(lái)的變色困擾，不如朝尋求新1代的封裝材料努力。
圖1：環(huán)氧樹(shù)脂耐熱性比擬差，在LED芯片本身的壽命達(dá)到前，環(huán)氧樹(shù)脂就已呈現(xiàn)變色。
金屬基板成新焦點(diǎn)
因此最近幾年逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷，或是金屬樹(shù)脂封裝結(jié)構(gòu)，就是為懂得決散熱、與強(qiáng)化原有特征做的努力。LED芯片高功率化常用方法是：芯片大型化、改良發(fā)光效率、采用高取光效率的封裝、及大電流化。這類(lèi)做法固然電流發(fā)光量會(huì)呈比例增加，不過(guò)發(fā)熱量也會(huì)隨之上升。
對(duì)高功率LED封裝技巧上而言，由于散熱的標(biāo)題造成了必定程度的困擾，在此背景下具有高本錢(qián)效益的金屬基板技巧，就成了LED高效率化之后另1個(gè)備受關(guān)心的新發(fā)展。
過(guò)往由于LED輸出功率較小，因此應(yīng)用傳統(tǒng)FR4等玻璃環(huán)氧樹(shù)脂封裝基板，并不會(huì)造成太大的散熱標(biāo)題，但利用于照明用的高功率LED，其發(fā)光效率約為20％~30％左右，雖芯片面積相當(dāng)小，整體花費(fèi)電力也不高，不過(guò)單位面積的發(fā)熱量卻很大?！ ?br /> 一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)脂基板的散熱，只能夠支撐0.5W以下的LED，超過(guò)0.5W以上的LED，多改用金屬或陶瓷高散熱基板進(jìn)行封裝，重要原因是，基板的散熱性直接影響LED壽命與性能，因此封裝基板成為設(shè)計(jì)高輝度LED商品的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。
圖2：LED芯片大多利用芯片大型化、改良發(fā)光效率、采高取光效率封裝，及大電流化達(dá)高亮度目標(biāo)。
高功率加速金屬基板代替樹(shù)脂材料
關(guān)于LED封裝基板散熱設(shè)計(jì)，目前大致可以分成，LED芯片至封裝體的熱傳導(dǎo)、及封裝體至外部的熱轉(zhuǎn)達(dá)兩大部分。應(yīng)用高熱傳導(dǎo)材時(shí)，封裝內(nèi)部的溫差會(huì)變小，此時(shí)熱流不會(huì)呈局部性集中，LED芯片整體產(chǎn)生的熱流，呈放射狀流至封裝內(nèi)部各角落，所以利用高熱傳導(dǎo)材料，可提高內(nèi)部的熱擴(kuò)散性。
就熱傳導(dǎo)的改良來(lái)說(shuō)，幾乎是完整仰賴(lài)材料晉升來(lái)解決標(biāo)題。多數(shù)人均認(rèn)為，隨LED芯片大型化、大電流化、高功率化發(fā)展，會(huì)加速金屬封裝代替?zhèn)鹘y(tǒng)樹(shù)脂封裝方法。
就目前金屬高散熱基板材料而言，可分成硬質(zhì)與可撓曲兩種基板，結(jié)構(gòu)上，硬質(zhì)基板屬于傳統(tǒng)金屬材料，金屬LED封裝基板采鋁與銅等材料，盡緣層部分，大多采充填高熱傳導(dǎo)性無(wú)機(jī)填充物，擁有高熱傳導(dǎo)性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱沖擊性等金屬特征，厚度方面通常大于1mm，大多都廣泛利用在LED燈具模塊，與照明模塊等，技巧上是與鋁質(zhì)基板具雷同高熱傳導(dǎo)才能，在高散熱請(qǐng)求下，相當(dāng)有才能擔(dān)負(fù)高功率LED封裝材料。
各封裝基板業(yè)者正積極開(kāi)發(fā)可撓曲基板
可撓曲基板的呈現(xiàn)，原期看利用在汽車(chē)導(dǎo)航的LCD背光模塊薄形化需求而開(kāi)發(fā)，以及高功率LED可以完成立體封裝請(qǐng)求下產(chǎn)生，基礎(chǔ)上可撓曲基板以鋁為材料，是利利用鋁的高熱傳導(dǎo)性與輕量化特征，制成高密度封裝基板，透過(guò)鋁質(zhì)基板薄板化后，達(dá)可撓曲特征，并且也能夠具高熱傳導(dǎo)特征
一般而言，金屬封裝基板熱傳導(dǎo)率大約是2W/m?K，但由于高效率LED的熱效應(yīng)更高，所認(rèn)為了滿足達(dá)到4~6W/m?K熱傳導(dǎo)率的需要，目前已有熱傳導(dǎo)率超過(guò)8W/m?K的金屬封裝基板。由于硬質(zhì)金屬封裝基板重要目標(biāo)是，能夠滿足高功率LED的封裝，因此各封裝基板業(yè)者正積極開(kāi)發(fā)可以提高熱傳導(dǎo)率的技巧。固然利用鋁板質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)板可以提高散熱性，不過(guò)卻有本錢(qián)與組裝的限制，無(wú)法基本解決標(biāo)題。
圖3：透過(guò)鋁質(zhì)基板薄板化后，達(dá)可撓曲特征，并也能具有高熱傳導(dǎo)特征。
不過(guò)，金屬封裝基板的毛病是，金屬熱膨脹系數(shù)很大，當(dāng)與低熱膨脹系數(shù)陶瓷芯片焊接時(shí)，輕易受熱循環(huán)沖擊，所以當(dāng)應(yīng)用氮化鋁封裝時(shí)，金屬封裝基板可能會(huì)產(chǎn)生不和諧現(xiàn)象，因此必需克服LED中，各種不同熱膨脹系數(shù)材料，所造成的熱應(yīng)力差別，提高封裝基板的可靠性。
高熱傳導(dǎo)撓曲基板，是在盡緣層黏貼金屬箔，固然基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)撓曲基板完整雷同，不過(guò)在盡緣層方面，是采用軟質(zhì)環(huán)氧樹(shù)脂充填高熱傳導(dǎo)性無(wú)機(jī)填充物，因此具有8W/m?K的高熱傳導(dǎo)性，同時(shí)還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導(dǎo)特征與高可靠性，此外可撓曲基板還可以按照客戶需求，可將單面單層板設(shè)計(jì)成單面雙層、雙面雙層結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)成果顯示，應(yīng)用高熱傳導(dǎo)撓曲基板時(shí)，LED的溫度大約下降攝氏100度，這代表著溫度造成LED應(yīng)用壽命下降的標(biāo)題，將可因變更基板設(shè)計(jì)而大幅改良。
事實(shí)上，除高功率LED外，高熱傳導(dǎo)撓曲基板，還可利用在其它高功率半導(dǎo)體組件上，實(shí)用于空間有限、或是高密度封裝等環(huán)境。不過(guò)，僅僅依附封裝基板，往往無(wú)法滿足實(shí)際需求，因此基板外圍材料的配合也變得益形重要，例如配合3W/m?K的熱傳導(dǎo)性膜片，就能夠有效再提高其散熱性。
