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從封裝結（jié）構到封裝（zhuāng）材料詮釋（shì）陶瓷線路板

文章（zhāng）出處：https://www.hetao100.com/product/list_56.html 作者：康利邦 人氣：885 發表時（shí）間：2021-08-18 08:51:09

從封裝結構到封裝材料詮（quán）釋陶瓷線路板（bǎn）

LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無（wú）毒、可回收再利用等（děng）優點，被稱（chēng）為21世紀zui有發展前景的綠色照明光（guāng）源（yuán）。統計表明：如果中（zhōng）國50%的光源換用LED，將可實現年節（jiē）電2100億千瓦時，相當於再（zài）建2.5座三峽工程。同時，其（qí）在壽命、應用靈活性等（děng）方麵也具有不可比擬的優勢，將成為未來照明的（de）必定發展方向。

LED的（de）發（fā）光原理是（shì）直接將電能（néng）轉換為光（guāng）能（néng），其（qí）電光轉換效率（lǜ）大約為20％—30％，光熱轉換效（xiào）率大約為70％—80％。隨（suí）著芯片尺（chǐ）寸的減小以及（jí）功率的大幅度提高，導致LED結溫居高不下，引起了光強降低、光譜偏移、色溫升高、熱應力增（zēng）高（gāo）、元器件加速老化等一係列問題，大大降低了（le）LED的使用壽命（mìng）。結溫也是衡量LED封裝散熱性能的（de）一個重要技術指標，當結溫上升超過zui大允許溫度時(150℃)，大功率LED會因過熱而損壞。因（yīn）此（cǐ）在大（dà）功率LED封裝（zhuāng）設備中，散熱是（shì）限製其發展的瓶頸，也是一定要解決的關鍵問題。

目前全球LED產業解決散（sàn）熱問題無非從三個方麵提升，一個是封裝結構，一個是（shì）封裝材料，還有就是散熱基板。隻（zhī）有把熱量散發出去才能解決根本問題。

目前應用在散熱的封裝結構主要有三種：

一、倒裝芯（xīn）片（piàn）結構（gòu）

傳統的正裝（zhuāng）芯片，電極位於芯片的出光麵，所以會遮擋（dǎng）部分出光，降低芯片的（de）出光效率。同（tóng）時，這種結構的PN結產生的熱量通過藍寶石襯底導出去，藍寶石的導熱（rè）係數較低且傳熱路徑長，因而這種結構的芯片熱阻大，熱量不易散發出去。從光學角度和熱學角度（dù）來考慮，這種結構存在一些（xiē）不（bú）足。為了克服正裝芯片的不足，2001年L公（gōng）司研製了倒裝結構芯片。該種結構的芯片，光從頂（dǐng）部的藍寶石取出，消除了電（diàn）極和（hé）引線的遮光，提高了出光效率，同時襯底采用（yòng）高導熱係數的陶瓷線（xiàn）路板，大大提高了芯（xīn）片的散熱效果。

二、微噴結構

在該封裝係統中（zhōng），流體腔體中的流體在一定的壓力作用下（xià）在係列微噴口處形成（chéng）強烈的射流，該（gāi）射流直接衝擊LED芯片基板下（xià）表（biǎo）麵並帶走LED芯片產生的熱量（liàng），在微泵的作用下，被加熱的流體進入小型流體腔體向外界環境釋放熱（rè）量，使自身溫度下降，再次流入微泵中開（kāi）始新的循環。類似於電腦主板的水冷（lěng）散熱，這種微噴結構具有散熱效高、LED芯（xīn）片基板的溫度分布均勻等優點，但微泵的可靠性和穩定性（xìng）對係統的影響很大，同時該係統結構比較複雜運行成本較高。

三、熱電製冷結構

熱電製冷器是一種半導體器件，其PN結（jié）由兩種不同的傳（chuán）導（dǎo）材料構成，一種攜帶正電荷，另一種攜帶負電荷，當電流通過結點時，兩種電（diàn）荷離開結區（qū），同時帶有（yǒu）熱量，以達到製冷的目的。類似於空調製冷原理（lǐ）。但是技術尚不成熟（shú），無法批量應用。

從上述可以看出，LED總體散熱效果與各界麵之間的散熱有很大關係，那麽完（wán）全可以降低某界麵熱阻來提升散熱效果。封裝材（cái）料就算其一。封裝材料主要就是基板（bǎn）和膠水。目前，LED封裝膠水常用的（de）有導熱膠、導電銀（yín）膠還有（yǒu）zui新的熒光陶瓷膠。

一、導熱銀漿

常用導熱膠（jiāo）的主要成分是環氧樹脂，因而其導熱係數較（jiào）小，導熱性能差，熱阻大。為了提高其熱導性能，通常在基體內部填充高導（dǎo）熱係數材料如三氧化二鋁、氮化硼、碳化（huà）矽等。導熱膠具有絕緣、導熱、防震、安裝方便、工藝簡單等優點，但其導熱係數很低(一般低於1w／mk)，因而隻能應用在（zài）對散熱要求不高的LED封裝器件上（shàng）。如果LED功率過大，導熱係數就跟不（bú）上（shàng）需求，同樣會產生大量結溫。

二、導（dǎo）電銀漿

導電銀膠是GeAs、SiC導電襯底LED，具有背麵電極的紅光、黃光、黃綠芯片LED封裝點膠或備膠工序中關鍵的封裝（zhuāng）材料，具有固定粘結芯片、導電和導（dǎo）熱、傳熱的作用，對LED器件的散熱性（xìng）、光反射性、VF特性（xìng）等具有重要（yào）的影響。但是技（jì）術不是很成熟（shú），成本價格較（jiào）高，並未普及。

三、熒光陶瓷膠

具有光學質量zui好、性能zui高、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特點。屬於新（xīn）型技術，比傳統導電（diàn）膠好很多，但是（shì）還（hái）處於實驗階段，尚未成（chéng）型。

通過以上的分析，可以看出（chū），真正的散熱界麵材（cái）料基本都還在研製當中，應用還需要（yào）一定的時日。LED封裝器件的某條散熱途徑是從LED芯片到鍵合層到內部熱沉到（dào）散熱基板zui後到外部（bù）環境，可以看出散熱基板對LED封裝散熱（rè）的重要性，因而散熱基板一定要（yào）具有以下特征：高導熱性、絕緣性、穩定性、平整性和（hé）高強度。

一、金屬基板

金（jīn）屬基板（bǎn）是在原有的印（yìn）製電路（lù）板粘結在（zài）導熱係數較高的金屬上(銅、鋁等)，以達到提高電子器件的（de）散熱效果。是連接內外散熱通路（lù）的關（guān）鍵環節，金屬（shǔ）基板的優點是成本比較低，能夠大規模生產，但也存在（zài）一定的缺點：①導熱係數低，MCPCB的熱導率可（kě）達到1—2.2W／(m·K)。②金屬基板結構中的絕緣層厚度要適中，既不能太厚（hòu）也不能太薄。絕緣層太厚增加了整個金屬基板的熱阻影響散熱效（xiào）果；絕緣層太薄，如果施加在金屬基（jī）板上的電壓過高會擊穿絕緣層，導（dǎo）致短（duǎn）路。

二、陶瓷基（jī）板（bǎn）

由陶瓷燒結而成的基板散熱性佳、耐高（gāo）溫、耐潮濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，並（bìng）且其熱（rè）膨脹係數匹配性佳，有（yǒu）減少熱應力（lì）及（jí）熱形變的特點（diǎn）。因此，陶（táo）瓷基板成為大功率LED封裝（zhuāng）中的重要基板材料。目（mù）前zui見用的陶瓷材料主要有氧化鋁（lǚ）、氮（dàn）化鋁、氧化鈹、碳化矽等。

結論：

1）在大功率LED封裝器件中，要實現低熱阻、散熱快的目的，封裝材料（liào）成為關鍵技術所在，努力尋（xún）找更優良（liáng）的封裝材料以提高LED封裝器件的散（sàn）熱（rè）是今後的熱點話題。

2）要解決大功率LED封裝器件的散熱問題，一定（dìng）要選擇合適的封裝材料(包括熱界麵材料和基板材料（liào）等)。在選擇熱界（jiè）麵材料及基板材（cái）料的過程（chéng）中，應根據合適的（de）場合選擇合適的（de）材料。一般（bān）大功率LED封裝中使用較普遍的熱界麵材料是導電銀膠，使用（yòng）較普遍（biàn）的基板是陶（táo）瓷線（xiàn）路板（bǎn）。

深圳康利邦非金屬散熱材（cái）料廠家的LED封（fēng）裝導電銀漿和導熱銀漿導電性、導熱性很好、剪切力強、流變性也（yě）很好（hǎo）、並且吸（xī）潮性低。特別適合大功率和高亮度LED的封裝。

LED封裝導熱銀漿.jpg