從封裝結構到（dào）封裝材料詮釋陶瓷線（xiàn）路板

文章（zhāng）出處（chù）：https://www.hetao100.com/product/list_56.html 作者：康利邦 人氣（qì）：847 發表時間：2021-08-18 08:51:09

從封裝（zhuāng）結構到封裝材料詮釋陶瓷線路板

LED因其高亮度、低熱量（liàng）、長壽（shòu）命、無毒、可（kě）回收（shōu）再利用等優點，被稱為21世紀zui有發展前（qián）景（jǐng）的綠色照明光源。統計表明：如果中國50%的光源換用LED，將可實現（xiàn）年節（jiē）電2100億千瓦時，相當於（yú）再建2.5座三峽工程。同時，其在（zài）壽命、應用（yòng）靈活（huó）性等方麵也具有不可比擬的優勢，將成為未來照明的必定發展方向。

LED的發光原理是直接將電能轉換為光能，其電（diàn）光轉換效率大（dà）約為20％—30％，光熱轉換效率大約為70％—80％。隨（suí）著芯片尺寸的減（jiǎn）小以及功率的大幅（fú）度提高，導致（zhì）LED結溫居高不下，引起（qǐ）了光強降低、光譜偏移、色溫（wēn）升高、熱應力增高、元器件加速老化（huà）等一係列問題，大大降低了LED的使用壽命。結溫也是衡量LED封裝散熱性能的一個重要技術指標，當結溫上（shàng）升超過zui大允許（xǔ）溫度時(150℃)，大功率LED會因過熱而損壞。因此在大功率LED封裝設備中，散熱是限製其發展的瓶頸，也是一定要解決的（de）關鍵問題。

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

目前應用在散熱的封裝結構主要有三種（zhǒng）：

一、倒裝芯片結構

傳統的正裝芯片（piàn），電（diàn）極位於芯片的出光麵，所（suǒ）以會遮擋部分出光，降低芯片的出光效率。同時，這種結構的PN結產生（shēng）的熱量通過藍寶（bǎo）石襯底導出去，藍寶石的導熱係數較低且傳熱路徑長，因而這種結構的芯片（piàn）熱阻大，熱量不易散發出去。從光（guāng）學角度和熱學角度來考慮（lǜ），這種結構存在一些不足。為了克（kè）服正裝（zhuāng）芯（xīn）片（piàn）的不足，2001年L公司研（yán）製了（le）倒裝結構芯片。該種結構的芯片，光從頂部的藍（lán）寶石取出，消除了電極和引（yǐn）線的遮（zhē）光，提高了出光效率，同時襯底采用高導熱係數的陶瓷（cí）線路板，大大提高了（le）芯片的散熱效果。

二、微（wēi）噴結構

在該封裝係統中，流體腔體中的流體在一定的壓力（lì）作（zuò）用下在（zài）係列微噴口處形（xíng）成強烈的射流，該射流直接（jiē）衝擊LED芯片基板下表麵並帶走LED芯片產（chǎn）生的熱（rè）量，在微泵（bèng）的作用下，被加熱的（de）流體進入小型流體（tǐ）腔體向外界環境（jìng）釋放（fàng）熱量，使自身溫度下降，再次（cì）流（liú）入微泵中開始新的循環。類（lèi）似（sì）於電（diàn）腦主板的水冷散熱，這種微噴結構具有散熱效高、LED芯片基板的溫度分（fèn）布均勻等優點，但微泵的（de）可靠（kào）性（xìng）和穩定性對係統的影響很（hěn）大，同（tóng）時該係統結構比較複雜運行成本較高。

三、熱（rè）電（diàn）製冷結構

熱（rè）電（diàn）製冷器是一種半導體器件，其PN結由兩種不同的傳（chuán）導（dǎo）材料構成（chéng），一種攜帶正電荷，另一種攜帶負電（diàn）荷（hé），當（dāng）電流通過結點時，兩種電荷離開結區，同時帶有熱量，以達到製冷的目的。類似於空調製冷原理。但是技（jì）術尚不成熟，無（wú）法批量應用。

從上述可以看出，LED總體（tǐ）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（yǐ）降低某界麵（miàn）熱阻來提升散（sàn）熱效果。封裝材料就算（suàn）其一。封裝材料主要就是基板（bǎn）和膠水。目前，LED封裝膠水常用的有導熱（rè）膠（jiāo）、導電銀膠還有zui新的（de）熒（yíng）光陶瓷膠（jiāo）。

一、導（dǎo）熱銀漿

常用導熱（rè）膠的主（zhǔ）要成（chéng）分是環氧樹脂（zhī），因而其導熱係數較（jiào）小，導熱性能差，熱阻大。為了提（tí）高其熱導性（xìng）能，通（tōng）常在（zài）基體（tǐ）內部（bù）填充高導熱係數（shù）材料如三氧化二鋁、氮化（huà）硼、碳化矽等。導（dǎo）熱膠具有絕緣、導熱、防震、安裝方便、工藝簡單等優點（diǎn），但其導熱係數很低(一般低於1w／mk)，因而隻能應用在對散熱要求（qiú）不（bú）高的LED封裝器件（jiàn）上。如果LED功率過大，導熱係數（shù）就跟不上需求，同樣會產生大量結溫。

二、導電銀漿（jiāng）

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材料，具有固定粘結芯片、導電和導熱、傳（chuán）熱的作用，對LED器件的（de）散熱性、光反射性（xìng）、VF特（tè）性（xìng）等具有重要的影響。但是技術不是很成熟，成本價格較（jiào）高（gāo），並未普及。

三（sān）、熒光陶瓷膠

具有光學質量zui好、性能zui高、高硬度、耐腐蝕、耐（nài）高溫等特點。屬（shǔ）於（yú）新型技術，比傳統導電膠好很多，但是還處於實驗階段，尚未（wèi）成型。

通過以上的分（fèn）析，可以看出，真正的（de）散熱界麵材（cái）料基本都還在研製當中，應用還需要一定的時（shí）日。LED封裝器（qì）件的某條散熱途徑是（shì）從LED芯（xīn）片到鍵合層到內部熱沉到（dào）散熱基板zui後到（dào）外部（bù）環境，可以看（kàn）出散熱基板（bǎn）對LED封裝（zhuāng）散熱的重要性，因而散熱基板一定要具有以下特征（zhēng）：高導熱性、絕緣性、穩（wěn）定（dìng）性、平整性和高強度。

一、金屬基板

金屬基板（bǎn）是在（zài）原有的印製電路板粘結在導熱係數較高的金屬上(銅、鋁等)，以（yǐ）達到（dào）提高電子器件的散熱效果。是連接內外散熱（rè）通路的關（guān）鍵環節，金屬基板的優點是成（chéng）本比較低，能夠大規模生產，但也存在一定的缺點：①導熱係數低，MCPCB的熱導率可達（dá）到1—2.2W／(m·K)。②金屬基板結構中的絕緣層厚度要適中，既不能太厚也不能（néng）太薄。絕緣層太厚增加了整個（gè）金屬基板的熱阻影響散熱效果；絕緣層（céng）太薄，如（rú）果施加在金屬基板上的（de）電壓過高會擊穿絕緣層，導致短路。

二、陶瓷基（jī）板

由陶瓷（cí）燒結而成的基板散熱性佳、耐高溫、耐潮濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，並（bìng）且其熱膨脹係數匹配性佳，有減少熱應力及（jí）熱形變的特點。因此，陶瓷基板成為大功率（lǜ）LED封裝中的重要基板材料。目前zui見用的（de）陶瓷材（cái）料（liào）主要有氧化鋁（lǚ）、氮（dàn）化鋁、氧化鈹（pí）、碳（tàn）化矽等。

結論：

1）在大功率（lǜ）LED封裝器件中，要實現低熱阻、散熱快（kuài）的目的（de），封裝（zhuāng）材料成為關鍵技術（shù）所在，努（nǔ）力尋（xún）找更優（yōu）良的封裝材料以（yǐ）提高LED封（fēng）裝器（qì）件的（de）散熱是今後的熱點話題。

2）要解決大功（gōng）率（lǜ）LED封裝器件的散熱問題，一定要選擇合適的封裝材料(包括熱界麵材料和（hé）基板材料等)。在選擇熱界麵材料及基板材料的過程（chéng）中，應（yīng）根據合適的場合選擇（zé）合適（shì）的材料。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，使用較普遍（biàn）的基板是陶瓷線路板。

深圳（zhèn）康利邦非金屬散熱材料廠家的LED封裝導電銀（yín）漿和導熱銀漿導電（diàn）性（xìng）、導熱性很好、剪（jiǎn）切力強、流變性也很好、並（bìng）且吸潮（cháo）性低。特別適合大功率和高亮度LED的（de）封裝。

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