從(cong) 封裝結構到封裝材料詮釋陶瓷線路板

LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(you) 點，被稱為(wei) 21世紀zui有發展前景的綠色照明光源。統計表明：如果中國50%的光源換用LED，將可實現年節電2100億(yi) 千瓦時，相當於(yu) 再建2.5座三峽工程。同時，其在壽命、應用靈活性等方麵也具有不可比擬的優(you) 勢，將成為(wei) 未來照明的必定發展方向。

LED的發光原理是直接將電能轉換為(wei) 光能，其電光轉換效率大約為(wei) 20％—30％，光熱轉換效率大約為(wei) 70％—80％。隨著芯片尺寸的減小以及功率的大幅度提高，導致LED結溫居高不下，引起了光強降低、光譜偏移、色溫升高、熱應力增高、元器件加速老化等一係列問題，大大降低了LED的使用壽命。結溫也是衡量LED封裝散熱性能的一個(ge) 重要技術指標，當結溫上升超過zui大允許溫度時(150℃)，大功率LED會(hui) 因過熱而損壞。因此在大功率LED封裝設備中，散熱是限製其發展的瓶頸，也是一定要解決(jue) 的關(guan) 鍵問題。

目前全球LED產(chan) 業(ye) 解決(jue) 散熱問題無非從(cong) 三個(ge) 方麵提升，一個(ge) 是封裝結構，一個(ge) 是封裝材料，還有就是散熱基板。隻有把熱量散發出去才能解決(jue) 根本問題。

目前應用在散熱的封裝結構主要有三種：

一、倒裝芯片結構

傳(chuan) 統的正裝芯片，電極位於(yu) 芯片的出光麵，所以會(hui) 遮擋部分出光，降低芯片的出光效率。同時，這種結構的PN結產(chan) 生的熱量通過藍寶石襯底導出去，藍寶石的導熱係數較低且傳(chuan) 熱路徑長，因而這種結構的芯片熱阻大，熱量不易散發出去。從(cong) 光學角度和熱學角度來考慮，這種結構存在一些不足。為(wei) 了克服正裝芯片的不足，2001年L公司研製了倒裝結構芯片。該種結構的芯片，光從(cong) 頂部的藍寶石取出，消除了電極和引線的遮光，提高了出光效率，同時襯底采用高導熱係數的陶瓷線路板，大大提高了芯片的散熱效果。

二、微噴結構

在該封裝係統中，流體(ti) 腔體(ti) 中的流體(ti) 在一定的壓力作用下在係列微噴口處形成強烈的射流，該射流直接衝(chong) 擊LED芯片基板下表麵並帶走LED芯片產(chan) 生的熱量，在微泵的作用下，被加熱的流體(ti) 進入小型流體(ti) 腔體(ti) 向外界環境釋放熱量，使自身溫度下降，再次流入微泵中開始新的循環。類似於(yu) 電腦主板的水冷散熱，這種微噴結構具有散熱效高、LED芯片基板的溫度分布均勻等優(you) 點，但微泵的可靠性和穩定性對係統的影響很大，同時該係統結構比較複雜運行成本較高。

三、熱電製冷結構

熱電製冷器是一種半導體(ti) 器件，其PN結由兩(liang) 種不同的傳(chuan) 導材料構成，一種攜帶正電荷，另一種攜帶負電荷，當電流通過結點時，兩(liang) 種電荷離開結區，同時帶有熱量，以達到製冷的目的。類似於(yu) 空調製冷原理。但是技術尚不成熟，無法批量應用。

從(cong) 上述可以看出，LED總體(ti) 散熱效果與(yu) 各界麵之間的散熱有很大關(guan) 係，那麽(me) 完全可以降低某界麵熱阻來提升散熱效果。封裝材料就算其一。封裝材料主要就是基板和膠水。目前，LED封裝膠水常用的有導熱膠、導電銀膠還有zui新的熒光陶瓷膠。

一、導熱銀漿

常用導熱膠的主要成分是環氧樹脂，因而其導熱係數較小，導熱性能差，熱阻大。為(wei) 了提高其熱導性能，通常在基體(ti) 內(nei) 部填充高導熱係數材料如三氧化二鋁、氮化硼、碳化矽等。導熱膠具有絕緣、導熱、防震、安裝方便、工藝簡單等優(you) 點，但其導熱係數很低(一般低於(yu) 1w／mk)，因而隻能應用在對散熱要求不高的LED封裝器件上。如果LED功率過大，導熱係數就跟不上需求，同樣會(hui) 產(chan) 生大量結溫。

二、導電銀漿

導電銀膠是GeAs、SiC導電襯底LED，具有背麵電極的紅光、黃光、黃綠芯片LED封裝點膠或備膠工序中關(guan) 鍵的封裝材料，具有固定粘結芯片、導電和導熱、傳(chuan) 熱的作用，對LED器件的散熱性、光反射性、VF特性等具有重要的影響。但是技術不是很成熟，成本價(jia) 格較高，並未普及。

三、熒光陶瓷膠

具有光學質量zui好、性能zui高、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特點。屬於(yu) 新型技術，比傳(chuan) 統導電膠好很多，但是還處於(yu) 實驗階段，尚未成型。

通過以上的分析，可以看出，真正的散熱界麵材料基本都還在研製當中，應用還需要一定的時日。LED封裝器件的某條散熱途徑是從(cong) LED芯片到鍵合層到內(nei) 部熱沉到散熱基板zui後到外部環境，可以看出散熱基板對LED封裝散熱的重要性，因而散熱基板一定要具有以下特征：高導熱性、絕緣性、穩定性、平整性和高強度。

一、金屬基板

金屬基板是在原有的印製電路板粘結在導熱係數較高的金屬上(銅、鋁等)，以達到提高電子器件的散熱效果。是連接內(nei) 外散熱通路的關(guan) 鍵環節，金屬基板的優(you) 點是成本比較低，能夠大規模生產(chan) ，但也存在一定的缺點：①導熱係數低，MCPCB的熱導率可達到1—2.2W／(m·K)。②金屬基板結構中的絕緣層厚度要適中，既不能太厚也不能太薄。絕緣層太厚增加了整個(ge) 金屬基板的熱阻影響散熱效果；絕緣層太薄，如果施加在金屬基板上的電壓過高會(hui) 擊穿絕緣層，導致短路。

二、陶瓷基板

由陶瓷燒結而成的基板散熱性佳、耐高溫、耐潮濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，並且其熱膨脹係數匹配性佳，有減少熱應力及熱形變的特點。因此，陶瓷基板成為(wei) 大功率LED封裝中的重要基板材料。目前zui見用的陶瓷材料主要有氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、碳化矽等。

結論：

1）在大功率LED封裝器件中，要實現低熱阻、散熱快的目的，封裝材料成為(wei) 關(guan) 鍵技術所在，努力尋找更優(you) 良的封裝材料以提高LED封裝器件的散熱是今後的熱點話題。

2）要解決(jue) 大功率LED封裝器件的散熱問題，一定要選擇合適的封裝材料(包括熱界麵材料和基板材料等)。在選擇熱界麵材料及基板材料的過程中，應根據合適的場合選擇合適的材料。一般大功率LED封裝中使用較普遍的熱界麵材料是導電銀膠，使用較普遍的基板是陶瓷線路板。

深圳康利邦非金屬散熱材料廠家的LED封裝導電銀漿和導熱銀漿導電性、導熱性很好、剪切力強、流變性也很好、並且吸潮性低。特別適合大功率和高亮度LED的封裝。