技术专文

LED新时代来临 催化高功率LED散热解决方案

LED具备多项成熟优势，例如：高效率、省电、高反应速度、寿命长，以及不含汞等多项环保优点。加上体积小、重量轻与可在各种表面设置等组件特色，已成为全球灯具与组件厂积极开发的应用光源，但实际上LED在我们所输入的能源中，仅有两成能源可以转换为光能，剩下的八成能源多半角成废热散逸...

一般而言，LED的结面温度与发光效率是对立的数值，当结面温度增加，发光效率会降低。例如：结面温度持续若从室温提升到100度时，发光效率将可减少70%左右。同时，若将关注焦点移转至使用寿命部分进行微观检视，在测试数据可以很明显发现在70度高温上下运行时，LED的使用寿命即有75%衰退状况！因此，若要让LED发光源能达到优化的应用表现，不管是发光效率的提升、还是使用寿命的延长，LED「散热」设计就成为相当重要的关键技术。

而LED的散热措施，从LED组件构造可发现，散热的瓶颈会主要是LED晶粒与承载晶粒的载板，以及LED组件与安装于系统主板上的电路载板，基本上承载LED晶粒的载板属于LED封装制程中可以介入控制的关键点，而LED组件与所安装的电路板载板散热关系，则是一般LED模块厂所关注的散热改善重点。在LED晶粒载板部分，主要是将LED晶粒在发光过程所产生的核心热源，快速传导到外部的重要关键。目前高功率的LED组件方面，已逐渐采用散热效率相对较佳的陶瓷基板，如薄膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、厚膜陶瓷基板以及铜直接接合陶瓷板(DBC)等基板。

低温共烧多层陶瓷基板技术是采取用陶瓷材料，作为基板基础材料的手段，制作方式是预先将相关线路透过网印手法印刷在基板表面，进而整合多层陶瓷基板制作，而最后的制程阶段则是应用低温烧结制作而成。但低温共烧多层陶瓷基板的制作手段繁复，加上金属线路部分为采用网印方式处理，在对位误差和精确度部分仍会出现可能的技术限制，而多层陶瓷结构经过烧结制作过程，也会遭遇热胀、冷缩的问题，若想在低温共烧多层陶瓷基板上再应用需针对对位极为精准要求的覆晶制作LED组件产品，其终端产品的良率提升将是一大挑战。

厚膜陶瓷基板同样也是采取网印方式制作，其工法是预先将材料印制到基板表面，当印刷内容物干燥后，基板再经由烧结程序、雷射处理等步骤，完成厚膜陶瓷基板整个制作流程。与低温共烧多层陶瓷一样，厚膜陶瓷基板一样会遭遇到精密度的问题，尤其是对位会有误差、线路型态较为粗糙，在产品不断要求集积化、小型化的趋势下，厚膜陶瓷基板的制作方式将会遭遇产品小型化的严苛挑战，同样在面对共晶、覆晶的制作需求时，厚膜陶瓷基板也会有对位与精确度的物理限制存在。

DBC直接接合铜基板，将高绝缘性的Al2O3 或AlN 陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温 1065~1085℃的环境加热，使铜金属因高温氧化、扩散与Al2O3 材质产生(Eutectic) 共晶熔体，使铜金与陶瓷基板黏合，形成陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备制线路与低温共烧多层陶瓷、厚膜陶瓷基板基板技术不同的是，薄膜陶瓷基板则是采取溅镀手段或是化学沈积方式，或佐以黄光微影制程制作，其中，透过黄光微影会使线路精密度方面远远超越低温共烧多层陶瓷与厚膜陶瓷基板制作方式，而300度低温制程可避免陶瓷基板的体积变异问题，虽然优点较多，其制作成本也相对增加。

瑷司柏电子总经理庄弘毅博士表示，目前的薄膜陶瓷基板有个缺点，让许多封装厂犹豫是否立即进入这个领域，就是薄膜陶瓷基板是平面没有凹槽的结构，让荧光粉的填充须借助昂贵的设备。针对这一点，瑷司柏再次提出一种新型的的立体结构，不但能利用薄膜微影制程制作线路，更利用独特的堆栈技术，制作出立体的凹槽结构。此结构将使得高功率LED的封装不再遥不可及。而这种立体结构的薄膜散热基板，尤其适合多晶封装的须求。因此薄膜陶瓷散热基板的封装将可扩展成单晶及多晶的封装以符合各种应用须求。陶瓷除了散热外，更可提供安全的耐电压等级，对于照明灯具愈来愈多安规的须求，陶瓷散热基板将可符合未来的须求。

目前的陶瓷基板原料以氧化铝及氮化铝为主，都是无毐的成份，也很像地球原本存在的矿物质。在未来资源回收的部分，不致对地球产生过多的垃圾。另外值得一提的是，陶瓷的价格已不再是遥不可及，目前的单位面积价格已逐渐逼近MCPCB。但陶瓷的特性却不是MCPCB可及，因此，我们特别提出一个新的名词，LED的「新石器时代」将要来临。