LED陶瓷散熱基板之發展與應用 - 材料世界網

目前市場上較普遍應用的陶瓷散熱基板種類及發展的演進， 依序為HTCC 、LTCC 、DBC 、DPC 等四種，分述如下。

1. HTCC 多層陶瓷構裝的製程主要可分為1基板 ... 首頁 文章瀏覽 2010為LED產業發光發熱的一年，LED在照明應用與大尺寸背光源出貨量持續向上，LED產品具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命週期長且不含汞具環保等優點，因此廣泛應用於LCD背光、手機背光、號誌燈、汽車、藝術照明、建築物照明、舞台燈光控制、家庭照明等，但以LED輸入功率約只有15~20%電能轉換成光，近80~85%的電能轉換為熱能，LED發光時所產生的熱能若無法導出，將使LED介面溫度過高，進而影響發光效率、穩定性與使用壽命，溫度愈高，其使用壽命愈低。

LED的發光效率會隨著使用時間的增長與使用的次數增加而持續降低，過高的介面溫度會加速影響其LED發光的色溫品質致衰減，所以介面溫度與LED發光亮度呈反比的關係。

除載板材料的散熱能力外，材料的熱穩定性亦影響LED產品壽命。

LED散熱方式包括1由空氣散熱；2由基板散熱；3由金線散熱；4若為共晶或覆晶製程，熱能可由導通孔導出。

陶瓷散熱基板製程簡介目前市場上較普遍應用的陶瓷散熱基板種類及發展的演進，依序為HTCC、LTCC、DBC、DPC等四種，分述如下。

1.HTCC多層陶瓷構裝的製程主要可分為1基板線路布局設計；2漿料製備；3刮刀成形；4生胚加工及金屬化製程，包括生胚穩定化處理、沖片、打孔、填孔、印刷、疊壓、切割、側邊網印等；5共燒；6硬焊；7電鍍；8產品檢測，製程相當繁複，如圖一所示，製程溫度(1,450~1,600°C)使其電極材料的選擇受限（鎢、鉬），且製作成本相當昂貴，目前逐漸被LTCC取代。

2.LTCCLTCC與HTCC陶瓷基板技術的差異性，主要是LTCC基板在材料上將氧化鋁+30%~50%的玻璃粉，共燒溫度降至約850°C，在基板收縮率控制上有3~5%的差異，因此在尺寸準確度、產品強度及添加玻璃質後，使得散熱特性下降，金屬線路使用銀金屬的成本較高。

圖二、直接覆銅陶瓷基板製程流程圖 陶瓷散熱基板特性表一為各基板散熱特性及製程條件之比較與分析，熱傳導率代表基板材料本身直接傳導熱能的一種能力，數值愈高，代表其散熱能力愈好。

因此，散熱基板熱傳導效果的優劣成為選用散熱基板時重要的評估項目之一。

由表一四種陶瓷基板散熱的熱傳導率數值比較可知，Al2O3材料之熱傳導率約在20~24，LTCC為0.5~3W/m•K；而HTCC因基板中氧化鋁含量在92~96%，相對於一般氧化鋁基板氧化鋁含量在96%以上，其熱傳導率略低於氧化鋁基板，約在15~20W/m•K之間。

而DBC與DPC散熱基板則可選擇氧化鋁或氮化鋁基板，因此散熱效果較HTCC、LTCC基板佳。

表一、陶瓷散熱基板特性比較 在製程操作環境溫度的比較，HTCC製程由生胚與金屬線路共燒而成，因陶瓷燒結製程溫度約在1,450~1,600°C之間，而LTCC製程與HTCC相同，僅陶瓷共燒溫度較低約在850~950°C之間。

此外，HTCC與LTCC在製程中線路與胚體同步燒結收縮，因此在尺寸精確度較差。

DBC對製程溫度精準度要求十分嚴苛，必須於溫度極度穩定的1,065~1,085°C範圍下，才能使銅層與氧化鋁形成共晶而反應形成CuAl2O4層與陶瓷基板緊密結合，若生產製程的均溫性及熱擴散反應差，將使接合層形成氣孔與剝離。

最後，DPC的製程溫度約在250~350°C左右即可完成散熱基板的製作，但相對於製程程序、複雜度與成本而言，均較其他製程高。

陶瓷散熱基板之應用陶瓷散熱基板為因應需求及應用的不同，在Package設計與封裝製程也有所差別。

此外，陶瓷基板可依產品製造方法的不同，做出基本的區分。

一般需要模組化且需3D結構形成杯狀基座的封裝基板，以HTCC/LTCC散熱基板為主，透過積層製程與孔穴成形的技術直接提供點膠與反射層角度；另一封裝方法是共晶/覆晶製程，屬於平面式的散熱基板，以DBC/DPC散熱基板為主……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文 作者：邱國創/工研院材化所★本文節錄自「工業材料雜誌293期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9330 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 藉由通電創造柔軟陶瓷，可望擴大異種材料接合應用 陶瓷材料的冷燒結 可取代六價鉻電鍍且防鏽、耐磨耗之3次元陶瓷塗覆技術 靜電容量提升2倍、最大厚度0.1mm之積層陶瓷電容器 NGKInsulators展出EnerCera陶瓷蓄電池、高效率蓄電器等製品 熱門閱讀 碳化矽晶體材料技術發展 台灣高階PCB技術發展趨勢 次世代先進封裝技術：銅-銅異質接合機制 次世代半導體封裝受矚目，液狀感光性樹脂發揮「微實力」 國際碳定價趨勢與石化領導廠商低碳技術重點開發方向 相關廠商 金屬3D列印服務平台 名揚翻譯有限公司 大東樹脂化學股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 專家現場 更多