技術專文　

LED新時代來臨 催化高功率LED散熱解決方案

LED具備多項成熟優勢，例如：高效率、省電、高反應速度、壽命長，以及不含汞等多項環保優點。加上體積小、重量輕與可在各種表面設置等元件特色，已成為全球燈具與元件廠積極開發的應用光源，但實際上LED在我們所輸入的能源中，僅有兩成能源可以轉換為光能，剩下的八成能源多半形成廢熱散逸...

一般而言，LED的結面溫度與發光效率是對立的數值，當結面溫度增加，發光效率會降低。例如：結面溫度持續若從室溫提升到100度時，發光效率將可減少70%左右。同時，若將關注焦點移轉至使用壽命部分進行微觀檢視，在測試數據可以很明顯發現在70度高溫上下運行時，LED的使用壽命即有75%衰退狀況！因此，若要讓LED發光源能達到最佳化的應用表現，不管是發光效率的提升、還是使用壽命的延長，LED「散熱」設計就成為相當重要的關鍵技術。

而LED的散熱措施，從LED元件構造可發現，散熱的瓶頸會主要是LED晶粒與承載晶粒的載板，以及LED元件與安裝於系統主機板上的電路載板，基本上承載LED晶粒的載板屬於LED封裝製程中可以介入控制的關鍵點，而LED元件與所安裝的電路板載板散熱關係，則是一般LED模組廠所關注的散熱改善重點。在LED晶粒載板部分，主要是將LED晶粒在發光過程所產生的核心熱源，快速傳導到外部的重要關鍵。目前高功率的LED元件方面，已逐漸採用散熱效率相對較佳的陶瓷基板，如薄膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷、厚膜陶瓷基板以及銅直接接合陶瓷板(DBC)等基板。

低溫共燒多層陶瓷基板技術是採取用陶瓷材料，作為基板基礎材料的手段，製作方式是預先將相關線路透過網印手法印刷在基板表面，進而整合多層陶瓷基板製作，而最後的製程階段則是應用低溫燒結製作而成。但低溫共燒多層陶瓷基板的製作手段繁複，加上金屬線路部分為採用網印方式處理，在對位誤差和精確度部分仍會出現可能的技術限制，而多層陶瓷結構經過燒結製作過程，也會遭遇熱脹、冷縮的問題，若想在低溫共燒多層陶瓷基板上再應用需針對對位極為精準要求的覆晶製作LED元件產品，其終端產品的良率提升將是一大挑戰。

厚膜陶瓷基板同樣也是採取網印方式製作，其工法是預先將材料印製到基板表面，當印刷內容物乾燥後，基板再經由燒結程序、雷射處理等步驟，完成厚膜陶瓷基板整個製作流程。與低溫共燒多層陶瓷一樣，厚膜陶瓷基板一樣會遭遇到精密度的問題，尤其是對位會有誤差、線路型態較為粗糙，在產品不斷要求集積化、小型化的趨勢下，厚膜陶瓷基板的製作方式將會遭遇產品小型化的嚴苛挑戰，同樣在面對共晶、覆晶的製作需求時，厚膜陶瓷基板也會有對位與精確度的物理限制存在。

DBC直接接合銅基板，將高絕緣性的Al2O3 或AlN 陶瓷基板的單面或雙面覆上銅金屬後，經由高溫 1065~1085℃的環境加熱，使銅金屬因高溫氧化、擴散與Al2O3 材質產生(Eutectic) 共晶熔體，使銅金與陶瓷基板黏合，形成陶瓷複合金屬基板，最後依據線路設計，以蝕刻方式備製線路與低溫共燒多層陶瓷、厚膜陶瓷基板基板技術不同的是，薄膜陶瓷基板則是採取濺鍍手段或是化學沈積方式，或佐以黃光微影製程製作，其中，透過黃光微影會使線路精密度方面遠遠超越低溫共燒多層陶瓷與厚膜陶瓷基板製作方式，而300度低溫製程可避免陶瓷基板的體積變異問題，雖然優點較多，其製作成本也相對增加。

璦司柏電子總經理莊弘毅博士表示，目前的薄膜陶瓷基板有個缺點，讓許多封裝廠猶豫是否立即進入這個領域，就是薄膜陶瓷基板是平面沒有凹槽的結構，讓螢光粉的填充須借助昂貴的設備。針對這一點，璦司柏再次提出一種新型的的立體結構，不但能利用薄膜微影製程製作線路，更利用獨特的堆疊技術，製作出立體的凹槽結構。此結構將使得高功率LED的封裝不再遙不可及。而這種立體結構的薄膜散熱基板，尤其適合多晶封裝的須求。因此薄膜陶瓷散熱基板的封裝將可擴展成單晶及多晶的封裝以符合各種應用須求。陶瓷除了散熱外，更可提供安全的耐電壓等級，對於照明燈具愈來愈多安規的須求，陶瓷散熱基板將可符合未來的須求。

目前的陶瓷基板原料以氧化鋁及氮化鋁為主，都是無毐的成份，也很像地球原本存在的礦物質。在未來資源回收的部分，不致對地球產生過多的垃圾。另外值得一提的是，陶瓷的價格已不再是遙不可及，目前的單位面積價格已逐漸逼近MCPCB。但陶瓷的特性卻不是MCPCB可及，因此，我們特別提出一個新的名詞，LED的「新石器時代」將要來臨。