淺談高功率LED封裝的陶瓷封裝基板

在LED產(chǎn)業(yè)中，如果增加電流強(qiáng)度會(huì)使LED發(fā)光量成比例增加，可是LED芯片的發(fā)熱量也會(huì)隨之上升。因?yàn)樵诟咻斎腩I(lǐng)域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成，因此在制造高功率LED芯片時(shí)，必須先解決其散熱問題。

白光LED的發(fā)熱隨著輸入電流強(qiáng)度的增加而上升，會(huì)造成LED芯片的溫升效應(yīng)，造成光輸出降低，因此LED封裝結(jié)構(gòu)與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過去LED常使用低熱傳導(dǎo)率樹脂封裝，成為了影響LED散熱特性的原因之一，不過，近年來逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷，或是設(shè)有金屬板的樹脂封裝結(jié)構(gòu)。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片發(fā)光效率、采用高取光效率封裝，以及大電流化等方式提高發(fā)光強(qiáng)度，常規(guī)的樹脂封裝不能滿足苛刻的散熱要求。

以往的傳統(tǒng)高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周圍再包覆樹脂，可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異相當(dāng)大，當(dāng)溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當(dāng)時(shí)極易產(chǎn)生熱歪斜，進(jìn)而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。采用陶瓷封裝基板可以有效地解決熱歪斜問題。這主要是因?yàn)長(zhǎng)ED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍，氮化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍，因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導(dǎo)率為200W/mK的鋁，或是熱傳導(dǎo)率為400W/mK的銅質(zhì)金屬封裝基板。

我們都知道LED的封裝除了保護(hù)內(nèi)部LED芯片之外，還具有將LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產(chǎn)生的光線可以高效率透身到外部，因此封裝必須具備高強(qiáng)度、高絕緣性、高熱傳導(dǎo)性與高反射性，讓人興奮的是陶瓷封裝幾乎具備上述所有特性，再說陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。

未來發(fā)展高功率LED芯片時(shí)，必然會(huì)面臨熱歪斜問題，這是不能忽視的問題。高功率LED的封裝結(jié)構(gòu)，不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細(xì)布線技術(shù)，而且關(guān)于材質(zhì)的發(fā)展，雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導(dǎo)化，但高熱傳導(dǎo)與反射率的互動(dòng)關(guān)系卻成為新的問題。如果未來能提高氮化鋁的熱傳導(dǎo)率，并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數(shù)的LED芯片時(shí)，解決高功率LED的熱歪斜問題就不在話下了。