目前高功率LED的應(yīng)用范圍越來越廣,隨之而來的問題是當(dāng)LED的輸出功率較小時,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%,且芯片面積非常小,雖然整體消費電力非常低,可是單位面積的發(fā)熱量卻很大。LED在汽車、照明等方面的適用性,對高功率LED希望的特性分別是省電、高輝度、長使用壽命、高色彩再現(xiàn)性,這表明散熱性好才是高功率LED封裝基板不可欠缺的條件。雖然技術(shù)上高功率LED封裝后的商品,可使用時散熱對策卻非常棘手,由于環(huán)氧樹脂已不符合高功率需求,樹脂基板的散熱極限多半隻支持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)用時非常重要的元件。
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。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,廣泛應(yīng)用在LED燈具模組與照明模組,技術(shù)上它與鋁質(zhì)基板相同等級高熱傳導(dǎo)化的延伸,未來可望應(yīng)用在高功率LED封裝。硬質(zhì)金屬系封裝基板是利用傳統(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,成為新時代高功率LED封裝基板。
高功率LED封裝基板是利用環(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,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封裝基板使用鋁與銅等材料,絕緣層大多使用高熱傳導(dǎo)性無機填充物(Filler)的環(huán)氧樹脂。鋁質(zhì)基板是應(yīng)用鋁的高熱傳導(dǎo)性與輕量化特性制成高密度封裝基板,目前已經(jīng)應(yīng)用在空調(diào)機的轉(zhuǎn)換器(Inverter)、通訊設(shè)備的電源基板等領(lǐng)域,也同樣適用于高功率LED封裝。
一般來說,金屬封裝基板的等價熱傳導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)大約是2W/mK,為滿足客戶4W~6W/mK高功率化的需要,已經(jīng)推出等價且熱傳導(dǎo)率超過8W/mK的金屬系封裝基板。由于硬質(zhì)金屬系封裝基板主要目的是支援高功率LED封裝,因此各封裝基板廠商正積極開發(fā)可以提高熱傳導(dǎo)率的技術(shù)。硬質(zhì)金屬系封裝基板的主要特徵是高散熱性。高熱傳導(dǎo)性絕緣層封裝基板,可以大幅降低LED芯片的溫度。此外基板的散熱設(shè)計,透過散熱膜片與封裝基板組合,還可以延長LED芯片的使用壽命。
金屬系封裝基板的缺點是基材的金屬熱膨脹係數(shù)非常大,容易受到熱迴圈沖擊,如果高功率LED封裝使用氮化鋁時,金屬系封裝基板可能會發(fā)生不協(xié)調(diào)的問題,因此必須設(shè)法吸收LED模組各材料熱膨脹係數(shù)差異造成的熱應(yīng)力,以此緩和熱應(yīng)力進(jìn)而提高封裝基板的可靠性。