中心議題：

• LED基板的散熱問題
• 金屬基板成新焦點

解決方案：

• 用金屬或陶瓷高散熱基板進行LED封裝
• 使用金屬封裝時需要克服熱應力

長久以來，顯示應用一直是LED的主要訴求，對於LED的散熱性要求不甚高的情況下，LED多利用傳統樹脂基板進行封裝。
　　
2000年以後，隨LED高輝度化與高效率化技術發展，再加上藍光LED發光效率大幅改善
，與LED製造成本持續下滑，讓LED應用範圍、及有意願采用LED的產業範圍不斷擴增

，包括液晶、家電

、汽車等業者，也開始積極考慮應用LED的可能性，例如消費性產品業者對於高功率LED的期待是，能達到省電
、高輝度
、長使用壽命、高色再現性，這代表著達到高散熱性能力
，是高功率LED封裝基板不可欠缺的條件。
　　
此外，液晶麵板業者麵臨歐盟RoHS規範
，需正視將冷陰極燈管全麵無水銀化的環保壓力，造成市場對於高功率LED的需求更加急迫。
　　
LED封裝除了保護內部LED芯片外，還兼具LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。
　　
環氧樹脂特性已不符合高功率LED需求
　　
1個LED能neng達da到dao幾ji百bai流liu明ming，這zhe基ji本ben上shang不bu是shi大da問wen題ti
，主zhu要yao的de問wen題ti是shi，如ru何he去qu處chu理li散san熱re

？接jie下xia來lai在zai產chan生sheng這zhe麼me大da的de流liu明ming後hou
，如ru何he維wei持chi亮liang度du的de穩wen定ding與yu持chi續xu性xing，這zhe又you是shi另ling一yi個ge重zhong要yao課ke題ti，若ruo熱re處chu理li沒mei有you做zuo好hao的de話hua，LED的亮度和壽命會下降很快，對於LED來說，如何做到有效的可靠度和熱傳導，是非常重要。
　　
以往LED是使用低熱傳導率樹脂進行封裝，不過這被視為是影響散熱特性的原因之一，此外，環氧樹脂耐熱性比較差，可能會出現的情況是，在LED芯片本身的壽命未到達前，環氧樹脂就已呈現變色情況，因此，提高散熱性已是重要關鍵。
　　
除此之外，不僅因為熱現象會對環氧樹脂產生變化
，甚至短波長也會對環氧樹脂造成問題
，這是因為白光LED發光光譜中，也包含短波長光線，而環氧樹脂卻相當容易受白光LED中的短波長光線破壞，即使是低功率白光LED，已能使環氧樹脂破壞現象加劇，更何況高功率白光LED所發出的短波長光線更多
，惡化自然比低功率款式更加快速，甚至有些產品在連續點亮後的使用壽命僅5,000小時，甚至更短!所以，與其不斷克服因舊有封裝材料“環氧樹脂”帶來的變色困擾，不如朝尋求新1代的封裝材料努力。

                                        
            圖1：環氧樹脂耐熱性比較差，在LED芯片本身的壽命到達前
，環氧樹脂就已出現變色。
　　
金屬基板成新焦點
　　
因此最近幾年逐漸改用高熱傳導陶瓷

，或是金屬樹脂封裝結構，就是為了解決散熱、與強化原有特性做的努力。LED芯片高功率化常用方式是：芯片大型化、改善發光效率、采用高取光效率的封裝
、及大電流化。這類做法雖然電流發光量會呈比例增加，不過發熱量也會隨之上升。
　　
對高功率LED封裝技術上而言，由於散熱的問題造成了一定程度的困擾

，在此背景下具有高成本效益的金屬基板技術，就成了LED高效率化之後另1個備受關心的新發展。

去LED照明電源社區看看
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過去由於LED輸出功率較小，因此使用傳統FR4等玻璃環氧樹脂封裝基板，並不會造成太大的散熱問題，但應用於照明用的高功率LED

，其發光效率約為20%~30%左右
，雖芯片麵積相當小
，整體消費電力也不高
，不過單位麵積的發熱量卻很大。　　
　　
一般來說，樹脂基板的散熱
，隻能夠支持0.5W以下的LED
，超過0.5W以上的LED，多改用金屬或陶瓷高散熱基板進行封裝，主要原因是，基板的散熱性直接影響LED壽命與性能，因此封裝基板成為設計高輝度LED商品的開發重點。

                                       
             圖2：LED芯片大多利用芯片大型化、改善發光效率、采高取光效率封裝，及大電流化達高亮度目標。
　　
高功率加速金屬基板取代樹脂材料
　　
關於LED封裝基板散熱設計，目前大致可以分成，LED芯片至封裝體的熱傳導、及封裝體至外部的熱傳達兩大部分。使用高熱傳導材時，封裝內部的溫差會變小，此時熱流不會呈局部性集中，LED芯片整體產生的熱流
，呈放射狀流至封裝內部各角落
，所以利用高熱傳導材料，可提高內部的熱擴散性。
　　
就熱傳導的改善來說，幾乎是完全仰賴材料提升來解決問題。多數人均認為，隨LED芯片大型化
、大電流化、高功率化發展，會加速金屬封裝取代傳統樹脂封裝方式。
　　
就目前金屬高散熱基板材料而言

，可分成硬質與可撓曲兩種基板，結構上，硬質基板屬於傳統金屬材料
，金屬LED封裝基板采鋁與銅等材料
，絕緣層部分，大多采充填高熱傳導性無機填充物，擁有高熱傳導性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱衝擊性等金屬特性，厚度方麵通常大於1mm
，大多都廣泛應用在LED燈具模塊，與照明模塊等，技術上是與鋁質基板具相同高熱傳導能力，在高散熱要求下
，相當有能力擔任高功率LED封裝材料。
　　
各封裝基板業者正積極開發可撓曲基板　　
　　
可撓曲基板的出現
，原期望應用在汽車導航的LCD背光模塊薄形化需求而開發
，以及高功率LED可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)立(li)體(ti)封(feng)裝(zhuang)要(yao)求(qiu)下(xia)產(chan)生(sheng)，基(ji)本(ben)上(shang)可(ke)撓(nao)曲(qu)基(ji)板(ban)以(yi)鋁(lv)為(wei)材(cai)料(liao)，是(shi)利(li)應(ying)用(yong)鋁(lv)的(de)高(gao)熱(re)傳(chuan)導(dao)性(xing)與(yu)輕(qing)量(liang)化(hua)特(te)性(xing)，製(zhi)成(cheng)高(gao)密(mi)度(du)封(feng)裝(zhuang)基(ji)板(ban)
，透(tou)過(guo)鋁(lv)質(zhi)基(ji)板(ban)薄(bo)板(ban)化(hua)後(hou)，達(da)可(ke)撓(nao)曲(qu)特(te)性(xing)

，並(bing)且(qie)也(ye)能(neng)夠(gou)具(ju)高(gao)熱(re)傳(chuan)導(dao)特(te)性(xing)
　　
一般而言
，金屬封裝基板熱傳導率大約是2W/(mK)
，但由於高效率LED的熱效應更高，所以為了滿足達到4~6W/(mK)熱傳導率的需要，目前已有熱傳導率超過8W/(mK)的金屬封裝基板。由於硬質金屬封裝基板主要目的是，能夠滿足高功率LED的(de)封(feng)裝(zhuang)，因(yin)此(ci)各(ge)封(feng)裝(zhuang)基(ji)板(ban)業(ye)者(zhe)正(zheng)積(ji)極(ji)開(kai)發(fa)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)熱(re)傳(chuan)導(dao)率(lv)的(de)技(ji)術(shu)。雖(sui)然(ran)利(li)用(yong)鋁(lv)板(ban)質(zhi)補(bu)強(qiang)板(ban)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)散(san)熱(re)性(xing)
，不(bu)過(guo)卻(que)有(you)成(cheng)本(ben)與(yu)組(zu)裝(zhuang)的(de)限(xian)製(zhi)，無(wu)法(fa)根(gen)本(ben)解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)。

                                    
                     圖3：透過鋁質基板薄板化後
，達可撓曲特性，並也能具有高熱傳導特性。
　　
不過，金屬封裝基板的缺點是，金屬熱膨脹係數很大，當與低熱膨脹係數陶瓷芯片焊接時，容易受熱循環衝擊
，所以當使用氮化鋁封裝時
，金屬封裝基板可能會發生不協調現象
，因此必需克服LED中，各種不同熱膨脹係數材料，所造成的熱應力差異，提高封裝基板的可靠性。
　　
高(gao)熱(re)傳(chuan)導(dao)撓(nao)曲(qu)基(ji)板(ban)


，是(shi)在(zai)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)黏(nian)貼(tie)金(jin)屬(shu)箔(bo)，雖(sui)然(ran)基(ji)本(ben)結(jie)構(gou)與(yu)傳(chuan)統(tong)撓(nao)曲(qu)基(ji)板(ban)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)，不(bu)過(guo)在(zai)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)方(fang)麵(mian)
，是(shi)采(cai)用(yong)軟(ruan)質(zhi)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)充(chong)填(tian)高(gao)熱(re)傳(chuan)導(dao)性(xing)無(wu)機(ji)填(tian)充(chong)物(wu)
，因(yin)此(ci)具(ju)有(you)8W/(mK)的高熱傳導性，同時還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導特性與高可靠性
，此外可撓曲基板還可以依照客戶需求
，可將單麵單層板設計成單麵雙層
、雙麵雙層結構。根據實驗結果顯示
，使用高熱傳導撓曲基板時，LED的溫度大約降低攝氏100度，這代表著溫度造成LED使用壽命降低的問題
，將可因變更基板設計而大幅改善。
　　
事實上，除高功率LED外，高熱傳導撓曲基板
，還可應用在其它高功率半導體組件上，適用於空間有限、或是高密度封裝等環境。不過，僅僅依賴封裝基板，往往無法滿足實際需求，因此基板外圍材料的配合也變得益形重要
，例如配合3W/(mK)的熱傳導性膜片，就能夠有效再提高其散熱性。