可撓曲金屬封裝基板在高功率LED中的應用

目前LED封裝基板散熱設計,大致分成LED晶片至封裝體的熱傳導、及封裝體至外部的熱傳達兩大部分。使用高熱傳導材時,封裝內部的溫差會變小,此時熱流不會呈局部性集中,LED晶片整體產生的熱流,呈放射狀流至封裝內部各角落,所以利用高熱傳導材料,可提高內部的熱擴散性。

金屬高散熱基板材料可分成硬質與可撓曲兩種基板。結構上,硬質基板屬於傳統金屬材料,金屬LED封裝基板採用鋁與銅等材料,絕緣層部分多采充填高熱傳導性無機填充物,擁有高熱傳導性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱衝擊性等金屬特性,厚度方面通常大於1mm,大多都廣泛應用在LED燈具模組,與照明模組等,技術上是與鋁質基板具相同高熱傳導能力,在高散熱要求下,相當有能力擔任高功率LED封裝材料。

可撓曲基板的出現,原期望應用在汽車導航的LCD背光模組薄形化需求而開發,以及高功率LED可以完成立體封裝要求下產生,基本上可撓曲基板以鋁為材料,是利用鋁的高熱傳導性與輕量化特性,製成高密度封裝基板,透過鋁質基板薄板化後,達到可撓曲特性,並且也能夠具高熱傳導特性。不過,金屬封裝基板的缺點是,金屬熱膨脹係數很大,當與低熱膨脹係數陶瓷晶片焊接時,容易受熱迴圈衝擊,所以當使用氮化鋁封裝時,金屬封裝基板可能會發生不協調現象,因此必需克服LED中,各種不同熱膨脹係數材料,所造成的熱應力差異,提高封裝基板的可靠性。

高熱傳導撓曲基板,是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結構與傳統撓曲基板完全相同,不過在絕緣層方面,是採用軟質環氧樹脂充填高熱傳導性無機填充物,因此具有8W/m‧K的高熱傳導性,同時還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導特性與高可靠性,此外可撓曲基板還可以依照客戶需求,可將單面單層板設計成單面雙層、雙面雙層結構。根據實驗結果顯示,使用高熱傳導撓曲基板時,LED的溫度大約降低攝氏100度,這代表著溫度造成LED使用壽命降低的問題,將可因變更基板設計而大幅改善。

高熱傳導撓曲基板不但可以用於高功率LED外,還可應用在其他高功率半導體元件上,適用於空間有限、或是高密度封裝等環境。不過,僅僅依賴封裝基板,往往無法滿足實際需求,因此基板週邊材料的配合也變得益形重要。

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