LED芯片常用襯底材料選用比較對(duì)于制作LED芯片來(lái)說(shuō)，襯底材料的選用是首要考慮的問(wèn)題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和LED器件的要求進(jìn)行選擇。目前市面上一般有三種材料可作為襯底：1、藍(lán)寶石＜Al2O3)2、硅＜Si)3、碳化硅＜SiC)藍(lán)寶石襯底通常，GaN基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中；最后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。圖1示例了使用藍(lán)寶石襯底做成的LED芯片。

L—P型電極發(fā)光面H型電極:6觸粒外觀L—P型電極發(fā)光面H型電極:6觸粒外觀口型電植(6LE口結(jié)構(gòu)圖口型GnN接觸 低溫⑦N外延層上石。環(huán)球在線 就定石基板一P型電極 Ni，'Au透明導(dǎo)電層，——P型GcN接觸—1^ H】GhN/GbN發(fā)光層圖1、藍(lán)寶石作為襯底的LED芯片使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問(wèn)題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時(shí)給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍(lán)寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011Q·。cm,在這種情況下無(wú)法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件；通常只在外延層上表面制作n型和p型電極〈如圖1所示)。在上表面制作兩個(gè)電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時(shí)增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過(guò)程，結(jié)果使材料利用率降低、成本增加。因?yàn)镻型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在p型GaN上制備金屬透明電極的方法，使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30%~40%的光，同時(shí)GaN基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度較高，不容易對(duì)其進(jìn)行刻蝕，因此在刻蝕過(guò)程中需要較好的設(shè)備，這將會(huì)增加生產(chǎn)成本。藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制作過(guò)程中卻需要對(duì)它進(jìn)行減薄和切割〈從400nm減到100nm左右）。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好〈在100c約為25W/＜m-K））。因此在使用LED器件時(shí)，會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對(duì)面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個(gè)非常重要的考慮因素。為了克服以上困難，很多人試圖將GaN光電器件直接生長(zhǎng)在硅襯底上，從而改善導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。硅襯底目前有部分LED芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是L接觸＜Laterial-contact,水平接觸）和V接觸〈Vertical-contact,垂直接觸），以下簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)型電極和V型電極。通過(guò)這兩種接觸方式，LED芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動(dòng)的，也可以是縱向流動(dòng)的。因?yàn)殡娏骺梢钥v向流動(dòng)，因此增大了LED的發(fā)光面積，從而提高了LED的出光效率。因?yàn)楣枋菬岬牧紝?dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長(zhǎng)了器件的壽命。碳化硅襯底碳化硅襯底＜美國(guó)的CREE公司專(zhuān)門(mén)采用SiC材料作為襯底）的LED芯片電極是L型電極，電流是縱向流動(dòng)的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。采用碳化硅襯底的LED芯片如圖2所示。圖2、采用藍(lán)寶石襯底與碳化硅襯底的LED芯片碳化硅襯底的導(dǎo)熱性能〈碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/<m?K))要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。藍(lán)寶石本身是熱的不良導(dǎo)體，并且在制作器件時(shí)底部需要使用銀膠固晶，這種銀膠的傳熱性能也很差。使用碳化硅襯底的芯片電極為L(zhǎng)型，兩個(gè)電極分布在器件的表面和底部，所產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)電極直接導(dǎo)出；同時(shí)這種襯底不需要電流擴(kuò)散層，因此光不會(huì)被電流擴(kuò)散層的材料吸收，這樣又提高了出光效率。但是相對(duì)于藍(lán)寶石襯底而言，碳化硅制造成本較高，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。三種襯底的性能比較前面的內(nèi)容介紹的就是制作LED芯片常用的三種襯底材料。這三種襯底材料的綜合性能比較可參見(jiàn)表1.料底材料導(dǎo)燃系Bi'W/(m?K"^系數(shù)sXlOE-6>建定性勢(shì)熱性成本ESD'芭寶與<AljOs346L9-JKt饕中H(Si)15。5-20一“/好??；.上：5iC；49。-1.4i良KJwwwBm后3口一抗靜電施力除了以上三種常用的襯底材料之外，還有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作為襯底，通常根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇使用。襯底材料的評(píng)價(jià)1、襯底與外延膜的結(jié)構(gòu)匹配：外延材料與襯底材料的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配小、結(jié)晶性能好、缺陷密度低；2、襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配：熱膨脹系數(shù)的匹配非常重要，外延膜與襯底材料在熱膨脹系數(shù)上相差過(guò)大不僅可能使外延膜質(zhì)量下降，還會(huì)在器件工作過(guò)程中，因?yàn)榘l(fā)熱而造成器件的損壞；3、襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配：襯底材料要有好的化學(xué)穩(wěn)定性，在外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛中不易分解和腐蝕，不能因?yàn)榕c外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降；4、材料制備的難易程度及成本的高低：考慮到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要，襯底材料的制備要求簡(jiǎn)潔，成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于2英寸。當(dāng)前用于GaN基LED的襯底材料比較多，但是能用于商品化的襯底目前只有兩種，即藍(lán)寶石和碳化硅襯底。其它諸如GaN、Si、ZnO襯底還處于研發(fā)階段，離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。伴隨高功率LED的未來(lái)散熱基板發(fā)展趨勢(shì)時(shí)間：2018年12月23日LED產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展也是以高功率、高亮度、小尺寸LED產(chǎn)品為發(fā)展重點(diǎn)，前述3項(xiàng)因素，都會(huì)使得LED的散熱效率要求越來(lái)越高，但是LED限于封裝尺寸等因素，無(wú)法采用太多主動(dòng)散熱機(jī)制，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(lái)在LED散熱基板發(fā)展的趨勢(shì)。散熱基板隨著線路設(shè)計(jì)、LED種類(lèi)及功率大小有不同的設(shè)計(jì)，而產(chǎn)品的可靠性與價(jià)格是決定散熱設(shè)計(jì)最重要的規(guī)范。散熱基板主要的功能是提供LED所需要的電源及熱傳遞的媒介，好的LED散熱板是能夠把80%-90%的熱傳遞出去，這樣的散熱基板就是好的基板。傳統(tǒng)LED因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)熱量不大，散熱問(wèn)題不嚴(yán)重，因此只要運(yùn)用一般的銅箔印刷電路板＜PCB）即可。但隨著高功率LED越來(lái)越盛行PCB已不足以應(yīng)付散熱需求。因此需在將印刷電路板貼附在金屬板上，即所謂的MetalCorePCB＜見(jiàn)下圖），以改善其傳熱路徑。另外也有一種做法直接在鋁基板表面直接作絕緣層或稱(chēng)介電層，再在介電層表面作電路層，如此LED模塊即可直接將導(dǎo)線接合在電路層上。同時(shí)為避免因介電層的導(dǎo)熱性不佳而增加熱阻抗，有時(shí)會(huì)采取穿孔方式，以便讓LED模塊底端的均熱片直接接觸到金屬基板，即所謂芯片直接黏著。MetalCorePCB根據(jù)使用的金屬基材的不同，分為銅基覆銅板、鋁基覆銅板、鐵基覆銅板，一般對(duì)于LED散熱大多應(yīng)用鋁基板，是大功率LED使用最廣泛的基板。同時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)ED各領(lǐng)域消費(fèi)市場(chǎng)的快速發(fā)展，對(duì)LED的散熱提出了更高的要求，LED散熱基板逐漸成為一個(gè)新的市場(chǎng)。因此，有相關(guān)公司在高功率散熱基板研發(fā)上投入了較大的人力與物力，并取得了很大進(jìn)展，一些公司的高功率散熱基板已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)，如美國(guó)貝格斯〈Bergquist）、12迎、日本電氣化學(xué)＜DENKA）等。業(yè)內(nèi)關(guān)于改善LED散熱性能的相關(guān)途徑分析時(shí)間：2018年12月24日休止運(yùn)用天然樹(shù)脂封裝可以徹底消泯劣化因素，因?yàn)長(zhǎng)ED萌生的光線在封裝天然樹(shù)脂內(nèi)反射，假如運(yùn)用可以變更芯片側(cè)面光線挺進(jìn)方向的天然樹(shù)脂材質(zhì)反射板，則反射板會(huì)借鑒光線，使光線的抽取量急速銳減。因?yàn)檫@個(gè)，不可少想辦法減低LED芯片的溫度，換言之，減低LED芯片到燒焊點(diǎn)的熱阻抗，可以管用減緩LED芯片降低溫度效用的負(fù)擔(dān)。相關(guān)LED的運(yùn)用生存的年限，例如改用硅質(zhì)封裝材料與瓷陶封裝材料，能使LED的運(yùn)用生存的年限增長(zhǎng)一位數(shù)，特別是白光LED的閃光頻譜包括波長(zhǎng)低于450nm短波長(zhǎng)光線，傳統(tǒng)環(huán)氧氣天然樹(shù)脂封裝材料極易被短波長(zhǎng)光線毀傷，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化，依據(jù)業(yè)者測(cè)試最后結(jié)果顯露蟬聯(lián)點(diǎn)燈不到10,000小時(shí)，高功率白光LED的亮度已經(jīng)減低二分之一以上，根本沒(méi)有辦法滿意照明光源長(zhǎng)生存的年限的基本要求。到現(xiàn)在為止有兩種延長(zhǎng)組件運(yùn)用生存的年限的對(duì)策，作別是，制約白光LED群體的溫升，和休止運(yùn)用天然樹(shù)脂封裝形式。不過(guò)，其實(shí)大功率LED的發(fā)卡路里比小功率LED高數(shù)十倍以上，并且溫升還會(huì)使閃光速率大幅下跌。具體內(nèi)部實(shí)質(zhì)意義作別是：減低芯片到封裝的熱阻抗、制約封裝至印刷電路基板的熱阻抗、增長(zhǎng)芯片的散熱順利通暢性。想辦法減損熱阻抗、改善散熱問(wèn)題相關(guān)LED的閃光速率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)到與低功率白光LED相同水準(zhǔn)。有鑒于此美國(guó)Lumileds與東洋CITIZEN等照明設(shè)施、LED封裝廠商，一個(gè)跟著一個(gè)研發(fā)高功率LED用簡(jiǎn)易散熱技術(shù)，CITIZEN在2004年著手著手制作白光LED樣品封裝，不必特別結(jié)合技術(shù)也能夠?qū)⒑窦s2?3mm散熱裝置的卡路里直接排放到外部，依據(jù)該CITIZEN報(bào)導(dǎo)固然LED芯片的結(jié)合點(diǎn)到散熱裝置的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，并且在普通背景下室溫會(huì)使熱阻抗增加1W左右，縱然是傳統(tǒng)印刷電路板無(wú)冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷狀況下，該白光LED板塊也可以蟬聯(lián)點(diǎn)燈運(yùn)用。相關(guān)閃光特別的性質(zhì)平均性，普通覺(jué)得只要改善白光LED的熒光體材料液體濃度平均性與熒光體的制造技術(shù)，應(yīng)當(dāng)可以克服上面所說(shuō)的圍困并攪擾。因?yàn)樵黾与娏Ψ吹箷?huì)導(dǎo)致封裝的熱阻抗急速降至10K/W以下，因?yàn)檫@個(gè)海外業(yè)者以前研發(fā)耐高溫白光LED,打算借此改善上面所說(shuō)的問(wèn)題。固然硅質(zhì)封裝材料可以保證LED的40,000小時(shí)的運(yùn)用生存的年限，不過(guò)照明設(shè)施業(yè)者卻顯露出來(lái)不一樣的看法，主要爭(zhēng)辯是傳統(tǒng)電燈泡與日光燈的運(yùn)用生存的年限，被定義成“亮度降至30百分之百以下”亮度減半時(shí)間為四萬(wàn)鐘頭的LED,若換算成亮度降至30百分之百以下的話，大約只剩二萬(wàn)鐘頭左右。普通覺(jué)得假如徹底執(zhí)行以上兩項(xiàng)延壽對(duì)策，可以達(dá)到亮度30百分之百時(shí)四萬(wàn)鐘頭的要求。因?yàn)檫@個(gè)，松下電工研發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術(shù)，該企業(yè)將1mm正方形的藍(lán)光LED以flipchip形式封裝在瓷陶基板上，繼續(xù)再將瓷陶基板粘附在銅質(zhì)印刷電路板外表，依據(jù)松下報(bào)道里面含有印刷電路板順德led顯示屏在內(nèi)板塊群體的熱阻抗約是15K/W左右。所以Lumileds與CITIZEN是采取增長(zhǎng)結(jié)合點(diǎn)容許溫度，德國(guó)OSRAM企業(yè)則是將LED芯片設(shè)置在散熱裝置外表，達(dá)到9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM以往研發(fā)同級(jí)產(chǎn)品的熱阻抗減損40百分之百。值當(dāng)一提的是該LED板塊封裝時(shí)，認(rèn)為合適而使用與傳統(tǒng)辦法相同的flipchip形式，然而LED板塊與散熱裝置結(jié)合乎時(shí)常，則挑選最靠近LED芯片閃光層作為結(jié)合面，借此使閃光層的卡路里能夠以最短距離傳導(dǎo)排放。以往LED業(yè)者為了取得充分的白光LED光柱，以前研發(fā)大尺寸LED芯片打算藉此形式達(dá)到預(yù)先期待目的。如上增長(zhǎng)給予電力的同時(shí)，不可少想辦法減損熱阻抗、改善散熱問(wèn)題。然而，其實(shí)白光LED的給予電努力堅(jiān)持續(xù)超過(guò)1W以上時(shí)光柱反倒會(huì)減退，閃光速率相對(duì)減低20?30百分之百。換言之，白光LED的亮度假如要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，耗費(fèi)電力特別的性質(zhì)逾越日光燈的話，就不可少克服下面所開(kāi)列四大課題：制約溫升、保證運(yùn)用生存的年限、改善閃光速率，以及閃光特別的性質(zhì)平均化。反過(guò)來(lái)說(shuō)縱然白光LED具有制約熱阻抗的結(jié)構(gòu)，假如卡路里沒(méi)有辦法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，LED溫度升漲的最后結(jié)果毅然會(huì)使閃光速率急速下跌。解決封裝的散熱問(wèn)題才是根本辦法溫升問(wèn)題的解決辦法是減低封裝的熱阻抗；保持LED的運(yùn)用生存的年限的辦法是改善芯片外形、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；改善LED的閃光速率的辦法是改善芯片結(jié)構(gòu)、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；至于閃光特別的性質(zhì)平均化的辦法是改善LED的封裝辦法，這些個(gè)辦法已經(jīng)陸續(xù)被研發(fā)中。因?yàn)榄h(huán)氧氣天然樹(shù)脂借鑒波長(zhǎng)為400?450nm的光線的百分率高達(dá)45%,硅質(zhì)封裝材料則低于1百分之百，輝度減半的時(shí)間環(huán)氧氣天然樹(shù)脂不到一萬(wàn)鐘頭，硅質(zhì)封裝材料可以延長(zhǎng)到四萬(wàn)鐘頭左右，幾乎與照明設(shè)施的預(yù)設(shè)生存的年限相同，這意味著照明設(shè)施運(yùn)用時(shí)期不需改易白光LED.然而硅質(zhì)天然樹(shù)脂歸屬高彈性軟和材料，加工時(shí)不可少運(yùn)用不會(huì)刮傷硅質(zhì)天然樹(shù)脂外表的制造技術(shù)，這個(gè)之外加工時(shí)硅質(zhì)天然樹(shù)脂極易依附粉屑，因?yàn)檫@個(gè)未來(lái)不可少研發(fā)可以改善外表特別的性質(zhì)的技術(shù)。相關(guān)LED的長(zhǎng)命化，到現(xiàn)在為止LED廠商采取的對(duì)策是改變封裝材料，同時(shí)將熒光材料散布在封裝材料內(nèi)，特別是硅質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外線LED芯片上方環(huán)氧氣天然樹(shù)脂封裝材料，可以更管用制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度。改變封裝材料制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度2003年?yáng)|芝Lighting以前在400mm正方形的鋁合金外表，鋪修閃光速率為60lm/W低熱阻抗白光LED,無(wú)冷卻風(fēng)扇等特別散熱組件前提下，試著制做光柱為3001m的LED板塊。主要端由是電流疏密程度增長(zhǎng)2倍以上時(shí)，不惟不由得易從大型芯片抽取光線，最后結(jié)果反倒會(huì)導(dǎo)致閃光速率還不如低功率白光LED的窘境。依據(jù)德國(guó)OSRAMOptoSemiconductorsGmb實(shí)驗(yàn)最后結(jié)果證明，上面所說(shuō)的結(jié)構(gòu)的LED芯片到燒焊點(diǎn)的熱阻抗可以減低9K/W,約是傳統(tǒng)LED的1/6左右，封裝后的LED給予2W的電力時(shí)，LED芯片的結(jié)合溫度比燒焊點(diǎn)高18K,縱然印刷電路板溫度升漲到50℃，結(jié)合溫度頂多只有70℃左右；相形之下過(guò)去熱阻抗一朝減低的話，LED芯片的結(jié)合溫度便會(huì)遭受印刷電路板溫度的影響。制約白光LED溫升可以認(rèn)為合適而使用冷卻LED封裝印刷電路板的辦法，主要端由是封裝天然樹(shù)脂高溫狀況下，加上強(qiáng)光映射會(huì)迅速劣化，沿襲阿雷紐斯法則溫度減低10℃生存的年限會(huì)延長(zhǎng)2倍。因?yàn)樯嵫b置與印刷電路板之間的細(xì)致精密性直接左右導(dǎo)熱效果，因?yàn)檫@個(gè)印刷電路板的預(yù)設(shè)變得十分復(fù)雜。為了減低熱阻抗，很多海外LED廠商將LED芯片設(shè)置在銅與瓷陶材料制成的散熱裝置＜heatsink）外表，繼續(xù)再用燒焊形式將印刷電路板的散熱用導(dǎo)線連署到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷的散熱裝置上。因?yàn)闁|芝Lighting領(lǐng)有浩博的試著制做經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檫@個(gè)該企業(yè)表達(dá)因?yàn)槟M剖析技術(shù)的進(jìn)步提高，2006年在這以后超過(guò)60lm/W的白光LED,都可以輕松利用燈具、框體增長(zhǎng)導(dǎo)熱性，或是利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷形式預(yù)設(shè)照明設(shè)施的散熱，不必特別散熱技術(shù)的板塊結(jié)構(gòu)也能夠運(yùn)用白光LED.Lumileds于2005年著手制作的高功率LED芯片，結(jié)合容許溫度更高達(dá)+185℃，比其他企業(yè)同級(jí)產(chǎn)品高60℃，利用傳統(tǒng)RF4印刷電路板封裝時(shí)，四周?chē)尘皽囟?0℃范圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)于1.5W電力的電流〈約是400mA）。這也是LED廠商完全一樣認(rèn)為合適而

使用瓷陶系與金屬系封裝材料主要端由。縱然封裝技術(shù)準(zhǔn)許高卡路里，然而LED芯片的結(jié)合溫度卻可能超過(guò)容許值，最終業(yè)者終于了悟到解決封裝的散熱問(wèn)題才是根本辦法。LED散熱途徑分析及散熱基板發(fā)展趨勢(shì)時(shí)間：2018年12月27日眾所周知，LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已成為目前最受矚目的產(chǎn)業(yè)。LED產(chǎn)品擁有節(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)保等多種優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)。但是LED仍有它的不足，通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率大約20%能轉(zhuǎn)換成光，而剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能。我們知道，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱量如果無(wú)法散出，將直接導(dǎo)致LED溫度過(guò)高，從而影響LED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。150%1。0貯TypicalApplicationTempBratureI25號(hào)RatingTemperatu「w4nd”口主當(dāng)￡?duì)I岸50%上EQ環(huán)球在線圖一為L(zhǎng)ED結(jié)面溫度與發(fā)光效率之關(guān)系圖，當(dāng)結(jié)面溫度由25℃上升至100c時(shí)，其發(fā)光效率將會(huì)衰退20%到75%不等，其中又以黃色光衰退75%最為嚴(yán)重。止匕外，當(dāng)LED的操作環(huán)境溫度愈高，其產(chǎn)壽命亦愈低＜如圖二所示），當(dāng)操作溫度由63℃升到150%1。0貯TypicalApplicationTempBratureI25號(hào)RatingTemperatu「w4nd”口主當(dāng)￡?duì)I岸50%上EQ環(huán)球在線-40 -20 0 20 40 60E0100 120JunctionTemperatureTj(=C)SI一、結(jié)面溫度典?彝光效率之菁自保留日口打比加明

HoursHours圈二LED溫度典毒余鼠保胤(Source.LightingResearchCenter]、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圖三示意之：散熱途徑說(shuō)明：從空氣中散熱熱能直接由Systemcircuitboard導(dǎo)出經(jīng)由金線將熱能導(dǎo)出若為共晶及Flipchip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顆粒＜Die）以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上〈SubstrateofLEDDie）而形成一LED芯片＜chip），而后再將LED芯片固定于系統(tǒng)的電路板上〈Systemcircuitboard）。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱〈如圖三途徑1所示），或經(jīng)由LED顆?；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顆粒傳導(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〈如圖三途徑2所示），在此散熱途徑里，其LED顆?；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〈如圖三途徑3所示）；因此，近來(lái)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(lái)，由LED電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升〈如圖三途徑4所示）。經(jīng)由以上散熱途徑解釋?zhuān)傻弥峄宀牧系倪x擇與其LED顆粒的封裝方式于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(shuō)明。二、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顆粒導(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(lèi)別，分別為〈1）LED顆?；迮c〈2）系統(tǒng)電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED顆粒與LED芯片將LED顆粒發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能，經(jīng)由LED顆粒散熱基板至系統(tǒng)電路板，而后由大氣環(huán)境吸收，以達(dá)到熱散之效果。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(lái)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(wú)法應(yīng)用于其高功率產(chǎn)品，為了改善高功率LED散熱問(wèn)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顆粒所產(chǎn)生的熱能卻無(wú)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顆粒散熱基板，下段文章將針對(duì)LED顆?；遄龈钊氲奶接?。LED顆粒基板LED顆?；逯饕亲鳛長(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顆?；逯饕蕴沾苫鍨橹?，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顆粒與陶瓷基板結(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(lái)，國(guó)內(nèi)外大廠無(wú)不朝向解決此問(wèn)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(yáng)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(yáng)極化鋁基板則因其陽(yáng)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(lài)性問(wèn)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顆粒經(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顆粒經(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顆粒與其基板以共晶或覆晶的方式連結(jié)，如此一來(lái)，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(wèn)題及燒結(jié)收縮比例問(wèn)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(wèn)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(lái)，因?yàn)殇X基板的開(kāi)發(fā)，使得系統(tǒng)電路板的散熱問(wèn)題逐漸獲得改善，甚而逐漸往可撓曲之軟式電路板開(kāi)發(fā)。另一方面，LED顆?；逡嘀鸩匠蚪档推錈嶙璺较蚺?，下表一即為目前臺(tái)灣地區(qū)常見(jiàn)的系統(tǒng)電路板以及LED顆?；宸N類(lèi)與主要供應(yīng)商：

表一LED散熟基板槿?|及其主要供施商基板稔題物色主要供鹿商系‘技輛勰觸,具有雄器layout上的播勢(shì)桂騫.鼓雨就篤瑞敝熟性不佳且尺寸大一便遵告使用或幡功率差品雅新板歌式印廨走耨板,重貴恨.可控性.厚度薄,破率的蒼士?3W/誣聚部、新揭科高廓#凝6,觸口劇雷蹤板手唐段君珥（1料，形成偌基板馨茂.聚鼎,侶基板他率妁卷工心awZ儂詢用於高功率led畫(huà)品佳德，光霄DCB‘熟猾等1率高，為200―800內(nèi)觸，騫熟性好黑程困逋度高,不容易量集工科院材化所LED陶艷基板做熟性佳,熟售厚率和2*17QW也更九豪、瓚司柏.品(Ai203/AIN),厚度薄，尺寸小冏欣禾侔空骯基,使用器命展.可抗腐觸.詡高海，物理特性穩(wěn)定.送腿高功率led加其板Mq-LER'環(huán).球衣俄薄股陶空厚板最大操作湛度可iisod匯，速舍的時(shí)漏曖家x裂程腐度的琪境‘敢融性佳，熟柒埠密蚊的247了0W『迎日酸&他，。何敏三、LED陶瓷散熱基板介紹如何降低LED顆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(shuō)明如下：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(guò)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(wèn)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(lái)尺寸要求越來(lái)越小，線路越來(lái)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。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(guò)低溫?zé)Y(jié)而成，而其國(guó)內(nèi)主要制造商有璟德電子、金宏鑫等公司。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(wèn)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(wèn)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。薄膜陶瓷基板為了改善厚膜制程張網(wǎng)問(wèn)題，以及多層疊壓燒結(jié)后收縮比例問(wèn)題，近來(lái)發(fā)展出薄膜陶瓷基板作為L(zhǎng)ED顆粒的散熱基板。薄膜散熱基板乃