隨著全球環(huán)保的意識(shí)抬頭，節(jié)能省電已成為當(dāng)今的趨勢(shì),。LED產(chǎn)業(yè)是近年來最受矚 目的產(chǎn)業(yè)之一,。發(fā)展至今，LED產(chǎn)品已具有節(jié)能,、省電,、高效率、反應(yīng)時(shí)間快,、壽命周期長(zhǎng) ,、且不含汞，具有環(huán)保效益,；等優(yōu)點(diǎn),。然而通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉(zhuǎn)換成 光，剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能,。
一般而言,，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能若無法導(dǎo)出，將會(huì)使LED結(jié)面溫度過高,，進(jìn)而影 響產(chǎn)品生命周期,、發(fā)光效率、穩(wěn)定性,，而LED結(jié)面溫度,、發(fā)光效率及壽命之間的關(guān)系，以下 將利用關(guān)系圖作進(jìn)一步說明,。
1,、LED散熱途徑
依據(jù)不同的封裝技術(shù)，其散熱方法亦有所不同,，而LED各種散熱途徑方法約略可以 下示意之：
散熱途徑說明：
(1). 從空氣中散熱
(2). 熱能直接由System circuit board導(dǎo)出
(3). 經(jīng)由金線將熱能導(dǎo)出
(4). 若為共晶及Flip chip制程,，熱能將經(jīng)由通孔至系統(tǒng)電路板而導(dǎo)出
一般而言,，LED晶粒（Die）以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上 （Substrate of LEDDie）而形成一LED晶片（ chip）,，而后再將LED 晶片固定于系統(tǒng)的電 路板上（System circuitboard）,。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱,，或經(jīng) 由LED晶?；?/a>至系統(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境,。而散熱由系統(tǒng)電路板至大氣環(huán)境的速率取決于 整個(gè)發(fā)光燈具或系統(tǒng)之設(shè)計(jì)。
然而,，現(xiàn)階段的整個(gè)系統(tǒng)之散熱瓶頸,，多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導(dǎo)至其基板 再到系統(tǒng)電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶?；迳嶂料到y(tǒng)電路 板,，在此散熱途徑里，其LED晶?；宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈?dāng)重要的參數(shù),。另一方面， LED所產(chǎn)生的熱亦會(huì)經(jīng)由電極金屬導(dǎo)線而至系統(tǒng)電路板,，一般而言,，利用金線方式做電極接 合下，散熱受金屬線本身較細(xì)長(zhǎng)之幾何形狀而受限,；因此,，近來即有共晶（Eutectic） 或 覆晶（Flipchip）接合方式，此設(shè)計(jì)大幅減少導(dǎo)線長(zhǎng)度,，并大幅增加導(dǎo)線截面積,，如此一 來，藉由LED電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升,。
經(jīng)由以上散熱途徑解釋,，可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED 熱散管理上占了極重要的一環(huán)，后段將針對(duì)LED散熱基板做概略說明,。
2,、LED散熱基板
LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導(dǎo)性，將熱源從LED晶 粒導(dǎo)出,。因此,，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細(xì)分兩大類別,，分別為L(zhǎng)ED晶 ?；迮c系統(tǒng)電路板,，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光 時(shí)所產(chǎn)生的熱能，經(jīng)由LED晶粒散熱基板至系統(tǒng)電路板,，而后由大氣環(huán)境吸收，以達(dá)到熱散 之效果,。
隨著全球環(huán)保的意識(shí)抬頭,，節(jié)能省電已成為當(dāng)今的趨勢(shì)。LED產(chǎn)業(yè)是近年來最受矚 目的產(chǎn)業(yè)之一,。發(fā)展至今,，LED產(chǎn)品已具有節(jié)能、省電,、高效率,、反應(yīng)時(shí)間快、壽命周期長(zhǎng) ,、且不含汞,，具有環(huán)保效益；等優(yōu)點(diǎn),。然而通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉(zhuǎn)換成 光,，剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能。
一般而言,，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能若無法導(dǎo)出,，將會(huì)使LED結(jié)面溫度過高，進(jìn)而影 響產(chǎn)品生命周期,、發(fā)光效率,、穩(wěn)定性，而LED結(jié)面溫度,、發(fā)光效率及壽命之間的關(guān)系,，以下 將利用關(guān)系圖作進(jìn)一步說明。
1,、LED散熱途徑
依據(jù)不同的封裝技術(shù),，其散熱方法亦有所不同，而LED各種散熱途徑方法約略可以 下示意之：
散熱途徑說明：
(1). 從空氣中散熱
(2). 熱能直接由System circuit board導(dǎo)出
(3). 經(jīng)由金線將熱能導(dǎo)出
(4). 若為共晶及Flip chip制程,，熱能將經(jīng)由通孔至系統(tǒng)電路板而導(dǎo)出
一般而言,，LED晶粒（Die）以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上 （Substrate of LEDDie）而形成一LED晶片（ chip）,，而后再將LED 晶片固定于系統(tǒng)的電 路板上（System circuitboard）,。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱,，或經(jīng) 由LED晶?；逯料到y(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境,。而散熱由系統(tǒng)電路板至大氣環(huán)境的速率取決于 整個(gè)發(fā)光燈具或系統(tǒng)之設(shè)計(jì)。
然而,，現(xiàn)階段的整個(gè)系統(tǒng)之散熱瓶頸,，多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導(dǎo)至其基板 再到系統(tǒng)電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶?；迳嶂料到y(tǒng)電路 板,，在此散熱途徑里，其LED晶?；宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈?dāng)重要的參數(shù),。另一方面， LED所產(chǎn)生的熱亦會(huì)經(jīng)由電極金屬導(dǎo)線而至系統(tǒng)電路板,，一般而言,，利用金線方式做電極接 合下，散熱受金屬線本身較細(xì)長(zhǎng)之幾何形狀而受限,；因此,，近來即有共晶（Eutectic） 或 覆晶（Flipchip）接合方式，此設(shè)計(jì)大幅減少導(dǎo)線長(zhǎng)度,，并大幅增加導(dǎo)線截面積,，如此一 來，藉由LED電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升,。
經(jīng)由以上散熱途徑解釋,，可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED 熱散管理上占了極重要的一環(huán)，后段將針對(duì)LED散熱基板做概略說明,。
2,、LED散熱基板
LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導(dǎo)性，將熱源從LED晶 粒導(dǎo)出,。因此,，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細(xì)分兩大類別,，分別為L(zhǎng)ED晶 ?；迮c系統(tǒng)電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光 時(shí)所產(chǎn)生的熱能,，經(jīng)由LED晶粒散熱基板至系統(tǒng)電路板,，而后由大氣環(huán)境吸收，以達(dá)到熱散 之效果,。
2.1 系統(tǒng)電路板
系統(tǒng)電路板主要是作為L(zhǎng)ED散熱系統(tǒng)中,，最后將熱能導(dǎo)至散熱鰭片、外殼或大氣中 的材料。近年來印刷電路板（PCB）的生產(chǎn)技術(shù)已非常純熟,，早期LED產(chǎn)品的系統(tǒng)電路板多 以PCB為主,，但隨著高功率LED的需求增加，PCB之材料散熱能力有限,，使其無法應(yīng)用于其高 功率產(chǎn)品,，為了改善高功率LED散熱問題，近期已發(fā)展出高熱導(dǎo)系數(shù)鋁基板（MCPCB）,，利 用金屬材料散熱特性較佳的特色,，已達(dá)到高功率產(chǎn)品散熱的目的。然而隨著LED亮度與效能 要求的持續(xù)發(fā)展,，盡管系統(tǒng)電路板能將LED晶片所產(chǎn)生的熱有效的散熱到大氣環(huán)境，但是 LED晶粒所產(chǎn)生的熱能卻無法有效的從晶粒傳導(dǎo)至系統(tǒng)電路板,，異言之,，當(dāng)LED功率往更高 效提升時(shí)，整個(gè)LED的散熱瓶頸將出現(xiàn)在LED晶粒散熱基板,。
2.2 LED晶?；?/strong>
LED晶粒基板主要是作為L(zhǎng)ED 晶粒與系統(tǒng)電路板之間熱能導(dǎo)出的媒介,，藉由打線,、 共晶或覆晶的制程與LED晶粒結(jié)合。而基于散熱考量,，目前市面上LED晶?；逯饕蕴沾?基板為主，以線路備制方法不同約略可區(qū)分為：厚膜陶瓷基板,、低溫共燒多層陶瓷,、以及 薄膜陶瓷基板三種，在傳統(tǒng)高功率LED元件,，多以厚膜或低溫共燒陶瓷基板作為晶粒散熱基 板,，再以打金線方式將LED晶粒與陶瓷基板結(jié)合。
如前言所述,，此金線連結(jié)限制了熱量沿電極接點(diǎn)散失之效能,。因此，近年來,，國(guó)內(nèi) 外大廠無不朝向解決此問題而努力,。其解決方式有二，其一為尋找高散熱系數(shù)之基板材料 ,，以取代氧化鋁,，包含了矽基板、碳化矽基板,、陽極化鋁基板或氮化鋁基板,，其中矽及碳 化矽基板之材料半導(dǎo)體特性,，使其現(xiàn)階段遇到較嚴(yán)苛的考驗(yàn)，而陽極化鋁基板則因其陽極 化氧化層強(qiáng)度不足而容易因碎裂導(dǎo)致導(dǎo)通,，使其在實(shí)際應(yīng)用上受限,，因而，現(xiàn)階段較成熟 且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱基板,；然而,，目前受限于氮化鋁基板不適用傳 統(tǒng)厚膜制程（材料在銀膠印刷后須經(jīng)850℃大氣熱處理，使其出現(xiàn)材料信賴性問題）,，因此 ,，氮化鋁基板線路需以薄膜制程備制。
以薄膜制程備制之氮化鋁基板大幅加速了熱量從LED晶粒經(jīng)由基板材料至系統(tǒng)電路 板的效能,，因此大幅降低熱量由LED晶粒經(jīng)由金屬線至系統(tǒng)電路板的負(fù)擔(dān),，進(jìn)而達(dá)到高熱散 的效果。
另一種熱散的解決方案為將LED晶粒與其基板以共晶或覆晶的方式連結(jié),，如此一來 ,，大幅增加經(jīng)由電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率。然而此制程對(duì)于基板的布線精確度與 基板線路表面平整度要求極高,，這使得厚膜及低溫共燒陶瓷基板的精準(zhǔn)度受制程網(wǎng)版張網(wǎng) 問題及燒結(jié)收縮比例問題而不敷使用?，F(xiàn)階段多以導(dǎo)入薄膜陶瓷基板，以解決此問題,。薄 膜陶瓷基板以黃光微影方式備制電路,，輔以電鍍或化學(xué)鍍方式增加線路厚度，使得其產(chǎn)品 具有高線路精準(zhǔn)度與高平整度的特性,。共晶/覆晶制程輔以薄膜陶瓷散熱基板勢(shì)必將大幅提 升LED的發(fā)光功率與產(chǎn)品壽命,。
近年來，由于鋁基板的開發(fā),，使得系統(tǒng)電路板的散熱問題逐漸獲得改善,，甚而逐漸 往可撓曲之軟式電路板開發(fā)。另一方面,，LED晶?；逡嘀鸩匠蚪档推錈嶙璺较蚺Α?/p>
3,、LED陶瓷散熱基板介紹
如何降低LED晶粒陶瓷散熱基板的熱阻為目前提升LED發(fā)光效率最主要的課題之一,， 若依其線路制作方法可區(qū)分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷,、以及薄膜陶瓷基板三種 ,，分別說明如下：
3.1 厚膜陶瓷基板
厚膜陶瓷基板乃采用網(wǎng)印技術(shù)生產(chǎn)，藉由刮刀將材料印制于基板上，經(jīng)過干燥,、燒 結(jié),、雷射等步驟而成，目前國(guó)內(nèi)厚膜陶瓷基板主要制造商為禾伸堂,、九豪等公司,。一般而 言，網(wǎng)印方式制作的線路因?yàn)榫W(wǎng)版張網(wǎng)問題,，容易產(chǎn)生線路粗糙,、對(duì)位不精準(zhǔn)的現(xiàn)象。因 此,，對(duì)于未來尺寸要求越來越小,，線路越來越精細(xì)的高功率LED產(chǎn)品，亦或是要求對(duì)位準(zhǔn)確 的共晶或覆晶制程生產(chǎn)的LED產(chǎn)品而言,，厚膜陶瓷基板的精確度已逐漸不敷使用,。
3.2 低溫共燒多層陶瓷
低溫共燒多層陶瓷技術(shù)，以陶瓷作為基板材料,，將線路利用網(wǎng)印方式印刷于基板上 ，再整合多層的陶瓷基板,，最后透過低溫?zé)Y(jié)而成,，而其國(guó)內(nèi)主要制造商有璟德電子、鋐 鑫等公司,。而低溫共燒多層陶瓷基板之金屬線路層亦是利用網(wǎng)印制程制成,，同樣有可能因 張網(wǎng)問題造成對(duì)位誤差，此外,，多層陶瓷疊壓燒結(jié)后,，還會(huì)考量其收縮比例的問題。因此 ,，若將低溫共燒多層陶瓷使用于要求線路對(duì)位精準(zhǔn)的共晶/覆晶LED產(chǎn)品,，將更顯嚴(yán)苛。
3.3 薄膜陶瓷基板
為了改善厚膜制程張網(wǎng)問題,，以及多層疊壓燒結(jié)后收縮比例問題,，近來發(fā)展出薄膜 陶瓷基板作為L(zhǎng)ED晶粒的散熱基板。薄膜散熱基板乃運(yùn)用濺鍍,、電/電化學(xué)沉積,、以及黃光 微影制程制作而成，具備：
?。?）低溫制程（300℃以下）,，避免了高溫材料破壞或尺寸變異的可能性；
（2）使用黃光微影制程,，讓基板上的線路 更加精確,；
（3）金屬線路不易脫落…等特點(diǎn),，因此薄膜陶瓷基板適用于高功率,、小尺 寸、高亮度的LED,以及要求對(duì)位精確性高的共晶/覆晶封裝制程,。而目前國(guó)內(nèi)主要以璦司柏 電子與同欣電等公司,，具備了專業(yè)薄膜陶瓷基板生產(chǎn)能力。
4,、國(guó)際大廠LED產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)
目前LED產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì),，可從LED各封裝大廠近期所發(fā)表的LED產(chǎn)品功率和尺寸觀 察得知，高功率,、小尺寸的產(chǎn)品為目前LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn),，且均使用陶瓷散熱基板作為其 LED晶粒散熱的途徑。因此,，陶瓷散熱基板在高功率,，小尺寸的LED產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，已成為相 當(dāng)重要的一環(huán),，以下表二即為國(guó)內(nèi)外主要之LED產(chǎn)品發(fā)展近況與產(chǎn)品類別作簡(jiǎn)單的匯整,。
5、結(jié)論
要提升LED發(fā)光效率與使用壽命,，解決LED產(chǎn)品散熱問題即為現(xiàn)階段最重要的課題之 一,，LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦是以高功率、高亮度,、小尺寸LED產(chǎn)品為其發(fā)展重點(diǎn),，因此，提供具 有其高散熱性,，精密尺寸的散熱基板,，也成為未來在LED散熱基板發(fā)展的趨勢(shì)。現(xiàn)階段以氮 化鋁基板取代氧化鋁基板,，或是以共晶或覆晶制程取代打金線的晶粒/基板結(jié)合方式來達(dá)到 提升LED發(fā)光效率為開發(fā)主流,。在此發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)散熱基板本身的線路對(duì)位精確度要求極 為嚴(yán)苛,，且需具有高散熱性,、小尺寸、金屬線路附著性佳等特色,，因此,，利用黃光微影制 作薄膜陶瓷散熱基板,，將成為促進(jìn)LED不斷往高功率提升的重要觸媒之一。