前言
技術(shù)上高功率LED封裝后的商品，使用時散熱對策成為非常棘手問題，在此背景下具備高成本效益，類似金屬系基板等高散熱封裝基板的發(fā)展動向，成為LED高效率化之后另一個備受囑目的焦點。
本文要介紹LED封裝用金屬系基板的發(fā)展動向，與陶瓷系封裝基板的散熱設(shè)計技術(shù)。
發(fā)展歷程
圖1是有關(guān)LED的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展變遷預(yù)測，如圖2所示使用高功率LED時，LED產(chǎn)生的熱量透過封裝基板與冷卻風扇排放至空氣中。
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以往LED的輸出功率較小，可以使用傳統(tǒng)FR4等玻璃環(huán)氧樹脂封裝基板，然而照明用高功率LED的發(fā)光效率只有20~30% ，而且芯片面積非常小，雖然整體消費電力非常低，不過單位面積的發(fā)熱量卻很大。
如上所述汽車、照明與一般民生業(yè)者已經(jīng)開始積極檢討LED的適用性(圖3)，一般民生業(yè)者對高功率LED期待的特性分別是省電、高輝度、長使用壽命、高色再現(xiàn)性，這意味著高散熱性是高功率LED封裝基板不可欠缺的條件。
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一般樹脂基板的散熱極限只支持0.5W以下的LED，超過0.5W以上的LED封裝大多改用金屬系與陶瓷系高散熱基板，主要原因是基板的散熱性對LED的壽命與性能有直接影響，因此封裝基板成為設(shè)計高輝度LED商品應(yīng)用時非常重要的組件。
金屬系高散熱基板又分成硬質(zhì)(rigid)與可撓曲(flexible)系基板兩種(圖4) ，硬質(zhì)系基板屬于傳統(tǒng)金屬基板，金屬基材的厚度通常大于1mm，硬質(zhì)系基板廣泛應(yīng)用在LED燈具模塊與照明模塊，技術(shù)上它是與鋁質(zhì)基板同等級高熱傳導(dǎo)化的延伸，未來可望應(yīng)用在高功率LED的封裝。
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可撓曲系基板的出現(xiàn)是為了滿足汽車導(dǎo)航儀等中型LCD背光模塊薄形化，以及高功率LED三次元封裝要求的前提下，透過鋁質(zhì)基板薄板化賦予封裝基板可撓曲特性，進而形成同時兼具高熱傳導(dǎo)性與可撓曲特性的高功率LED封裝基板。
硬質(zhì)系基板的特性
圖5是硬質(zhì)金屬系封裝基板的基本結(jié)構(gòu)，它是利用傳統(tǒng)樹脂基板或是陶瓷基板，賦予高熱傳導(dǎo)性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱沖擊性等金屬特性，構(gòu)成新世代高功率LED封裝基板。
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如圖所示它是利用環(huán)氧樹脂系接著劑將銅箔黏貼在金屬基材的表面，透過金屬基材與絕緣層材質(zhì)的組合變化，可以制成各種用途的LED封裝基板。
高散熱性是高功率LED封裝用基板不可或缺的基本特性，因此上述金屬系LED封裝基板使用為鋁與銅等材料，絕緣層大多使用充填高熱傳導(dǎo)性無機填充物(Filler)的填充物環(huán)氧樹脂。