陶瓷導線架 — 陶瓷散熱基板的改良

(文 / 陽昇應用材料(股)有限公司 莊弘毅博士)

在LED的封裝領域,陶瓷散熱基板是個奇怪的名詞,因為陶瓷基板所發揮的功用並不是散熱,它只是當作晶片的載具,以及熱的傳輸路徑之一而已,真正的散熱並不在它身上,而是在燈具和空氣接觸的表面。事實上,它的功能應該稱為陶瓷導線架比較適當。陶瓷導線架的功能很單純,就是結合晶片,螢光粉,有時再加上一些主動或被動元件,成為一個發光源,可以應用在燈具,顯示器等等。

而陶瓷散熱基板這個名詞,變成了一個不可承受的重,讓它成了所謂高貴的零件,特性好(能絕緣,散熱,信賴性好),但大部份使用者都喊用不起,其實陶瓷真的是這樣的宿命嗎?

1 )    陶瓷昂貴嗎?陶瓷材料並不貴,特別是氧化鋁,它的原材料氧化鋁粉末並不貴,反倒是製造成本佔大部份。氧化鋁使用在被動元件的晶片電阻的基板上已有多年, 而晶片電阻動輒每月數百億顆的生產量,讓氧化鋁形成規模化生產,成本也因晶片電阻的低價促使氧化鋁基板成為物美價廉的一種材料。

2 )    DPC(direct plating copper)是解決導熱,導電的好方法?目前市面上的DPC陶瓷基板,都是利用電鍍把陶瓷的導通孔完全填滿,這是一個有風險的製程,因為總有一些填充孔是不完全填滿的,而未填滿的孔就有可能在未來的製程或未來使用中產生破壞…最重要的是,這些未完全填滿的孔是不易檢查的。陽昇應用材料主張的是導通孔製程,是利用導通孔印刷的製程,保持導通孔暢通而不填滿。這種製程的好處是易於後續檢查,避免不良品流出。當然,整個陶瓷導線架的結構也會有所調整。

3 )    陶瓷導線架的立體結構?目前的DPC陶瓷基板,主要是提供給有molding 製設備,以及噴塗螢光粉製程的封裝業所使用,所以通常是2D平板結構,但對於一般封裝業者而言,如果陶瓷板能有像一般PLCC用的支架一樣有環繞壁的話,使用上就更加方便。DPC基板也嘗試利用黃光微影製程製作出3D環繞壁,但高度最高也只能勉強到達150um。這種高度並不能滿足封裝業螢光粉填充的要求。陽昇應用材料獨家利用3D成型技術,在氧化鋁陶瓷板上型成250~300um的環繞壁,可使陶瓷板的封裝就如同使用PLCC封裝製程一樣,只要固晶,打線,點螢光膠即可完成。另外還有一個特點,陽昇應用材料的陶瓷板及線路都是有經過平坦化處理的,而且耐高溫,所以可以讓共晶(eutectic)製程的晶片使用。特別是導體部份耐高溫的特性,可以避免 DPC基板在共晶製程常出現的導體鼓泡現像。陽昇應用材料所使用的氧化鋁材料是純度大於96%以上的材質,與過去用低溫共燒陶瓷(LTCC, low temperature co-fired ceramic)做為陶瓷支架也有所不同,低溫共繞陶瓷亦可以很方便地製作立結構陶瓷支架,但它的材質就含有大量的玻璃相,致使導熱系數遠遠低於氧化鋁達5倍以上如果要再加上額外的輔助導熱金屬,成本又高出不少。

4 )    陶瓷的反射率不足?一般96%氧化鋁陶瓷基板對可見光波長的反射率約在90%左右,陽昇應用材料利用自行開發之表面被覆技術,已經可以讓氧化鋁基板的反射率提高至98%。雖然實際封成燈源不一定可以完全反映亮度增加這麼多。但是對亮度非常在意的封裝業而言,這種進步應該是相當有意義的。目前市面上的MCPCB板亦有所謂亮面鋁來增加反射率的做法,但可惜的是鋁並不耐熱,一但亮面鋁在led點高後,不過幾天的時間,表面就會氧化而失去反射率。而氧化鋁陶瓷的耐熱和穩定的特性,可以持續提供同樣的反射率而不隨時間有所改變。

5 )    陶瓷的生產週期長?封裝業者對DPC陶瓷基板最詬病的的另外一點是交期太長,動輒二個月以上。而陽昇應用材料所開發的陶瓷導線架製程,製程大幅縮短,目前的標準交期都在兩週以內,這樣的時間縮短,可以讓封裝業掌握產品上市的時間,並減少庫存的壓力。

陶瓷,真的是LED封裝的好選擇,千萬別再陷入以訛傳訛的過時訊息中。

 


 

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