陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性,广泛应用于功率电子、LED封装、多芯片模块等领域。LED散热基板的选择亦随着LED之线路设计、尺寸、发光效率…等条件的不同有设计上的差异,以目前市面上最常见的可区分为:
①系统电路板,其主要是作为LED最后将热能传导到大气中、散热鳍片或外壳的散热系统,而列为系统电路板的种类包括:铝基板(MCPCB)、印刷电路板(PCB)以及软式印刷电路板(FPC);
②LED芯片基板,是属于LED芯片与系统电路板两者之间热能导出的媒介,并藉由共晶或覆晶与LED芯片结合。为确保LED的散热稳定与LED芯片的发光效率,近期许多以陶瓷材料作为高功率LED散热基板之应用,其种类主要包含有:低温共烧多层陶瓷(LTCC)、高温共烧多层陶瓷(HTCC)、直接接合铜基板 (DBC)、直接镀铜基板(DPC)、激光快速活化金属化技术(LAM)五种,以下本文将针对陶瓷LED芯片基板的种类做深入的探讨。
陶瓷基板的定义和性能:
1.定义:陶瓷基板是以电子陶瓷为基的,对膜电路元件及外贴切元件形成一个支撑底座的片状材料。 按照陶瓷基片应用领域的不同,又分为HIC(混合集成电路)陶瓷基片、聚焦电位器陶瓷基片、激光加热定影陶瓷基片、片式电阻基片、网络电阻基片等;按加工方式的不同,陶瓷基片分为模压片、激光划线片两大类。
2.陶瓷基板的性能:
(1)机械性质
Ø 有足够高的机械强度,除搭载元件外,也能作为支持构件使用;
Ø 加工性好,尺寸精度高;容易实现多层化;
Ø 表面光滑,无翘曲、弯曲、微裂纹等。
(2)电学性质
Ø 绝缘电阻及绝缘破坏电压高;
Ø 介电常数低;
Ø 介电损耗小;
Ø 在温度高、湿度大的条件下性能稳定,确保可靠性。
(3)热学性质
Ø 热导率高;
Ø 热膨胀系数与相关材料匹配(特别是与Si的热膨胀系数要匹配);
Ø 耐热性优良。
(4)其它性质
Ø 化学稳定性好;容易金属化,电路图形与其附着力强;
Ø 无吸湿性;耐油、耐化学药品;α射线放出量小;
Ø 所采用的物质五公害、无毒性;在使用温度范围内晶体结构不变化;
Ø 原材料丰富;技术成熟;制造容易;价格低。
陶瓷基板与金属基板的比较:
LED散热基板主要分为金属基板与陶瓷基板。金属基板以铝或铜为材料,由于技术成熟,且具低成本优势,目前为一般LED产品所采用。而陶瓷基板线路对位精确度高,为业界公认导热与散热性能极佳材料,是目前高功率LED散热最适方案,虽然成本比金属基板来得高,但照明要求的散热性及稳定性高于笔记本电脑、电视等电子产品,因此,包括Cree、欧司朗、飞利浦及日亚等国际大厂,都使用陶瓷基板作为LED晶粒散热材质。
近几年,金属化陶瓷电路(基)板之应用领域越趋广泛,包含LED level-I封装基板、LED level-II系统板、LED COB电路板、IGBT功率模组基板、车用电子电路载板、制冷晶片载板、HCPV电路板、医疗电子产品电路板等等,这一切皆归因于陶瓷材料其优异的绝缘耐电压物理特性、化学稳定性、及其高性价比的导热系数特性(氧化铝导热系数约20~27W/m·K、氮化铝导热系数约170~190/m·K)等优势。
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