[实用新型]一种高功率LED散热陶瓷基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率LED散热陶瓷基板，该陶瓷基板可以有效地解决高功率LED的散热问题，可以广泛应用于汽车照明、交通信号灯、显示器背光、室内外照明等领域。 

技术背景

全球性能源短缺和环保问题已经成为影响未来世界经济和社会发展的战略性问题，受到国家政府、科技界、企业家的极大关注和高度重视。发光二极管(Light Emitting Diode，LED)产品具有节能、环保、寿命长、启动时间短、结构牢固、体积小、高效等优势，广泛应用于显示、照明等领域，已成为引领未来照明的先进技术。随着高功率LED照明时代的来临，寻求LED散热方案已成为业界必需解决的问题。 

随着LED光效的提高，一方面芯片越做越小，在一定大小的外延片，可切割的芯片数越多，从而降低单颗芯片的成本，降低了价格。如出现6mil。另一方面单芯片功率越做越大，如3W，将来往5W，10W发展。这在功率需求的照明等应用中可以减少芯片使用数，降低应用系统的成本。随着LED功率的提升，LED基板的散热能力成为其重要的材料特性之一，如何有效的将热能从LED芯片传导到系统散热，以降低LED芯片的温度，增加发光效率与延长LED寿命显得越来越重要。因此，基板热传导效果的优劣就成为业界在选用散热基板时，重要的评估项目之一。就LED芯片承载基板的发展而言，传统PCB的基板材质具有高度商业化的特色，在LED发展初期有着相当的影响力。然而随着LED功率的提升，对散热要求越来越高，陶瓷基板材料因具有较高导热率逐渐成为高效能LED的主要散热基板材料，并逐渐被市场接受进而广泛使用。 

现阶段研究较多的陶瓷散热基板种类共有高温共烧多层陶瓷(High-Temperature Co-fired Ceramic，HTCC)、低温共烧多层陶瓷基板(Low-Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)、直接接合铜基板(Direct Bonded Copper，DBC)、直接镀铜基板(Direct Plate Copper，DPC)四种。其中，LTCC散热基板在LED产业中已经被广泛的使用，但LTCC为了降低烧结温度，于材料中加入了30％～50％的玻璃材料，使整体的热传导率降低至2～3W/mK之间，比其他陶瓷基板都还要低。而且，LTCC使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细，以及网版张网等问题导致线路精准度不足、表面平整度不佳等现象，加上多层叠压烧结 又有基板收缩比例的问题要考虑，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED产业的应用目前多以高功率大尺寸，或是低功率产品为主。而与LTCC工艺相似的HTCC，需要在1300～1600℃的高温进行烧结，属于较早期发展的技术，但由于烧结温度较高使其电极材料的选择受限，目前鲜少使用于LED产业，且HTCC与LTCC有相同的问题，亦不适用于高功率小尺寸的LED产品。为了使DBC的铜层与陶瓷基板附着性佳，必须因采用1065～1085℃高温熔炼，制造费用较高，且有基板与Cu板间有微气孔问题不易解决，使得DBC产品产能与良率受到极大的考验；再者，若要制作细线路必须采用特殊处理方式将铜层厚度变薄，却造成表面平整度不佳的问题，若将产品使用于共晶/覆晶工艺的LED产品相对较为严苛。因此，目前上述的制作工艺不能有效地解决LED的散热问题。 

陶瓷材料的选用。氧化铝(Al₂O₃)陶瓷导热率相对较低，在大功率、高密度封装器件运行时须强制散热才可满足要求。氧化铍(BeO)陶瓷导热性能最好，但因环保问题，基本上被淘汰。碳化硅(SiC)陶瓷金属化后键合不稳定，作为绝缘基板用时，会引起热导率和介电常数的改变。氮化铝(AlN)陶瓷具有高的导热性能，其热传导系数是Al₂O₃热传导系数10倍，适用于大功率半导体基片，在散热过程中自然冷却即可达到目的，同时还具有很好的机械强度、优良的电气性能。虽然目前国内制造技术还需改进，价格也比较昂贵，所以采用AlN陶瓷材料做绝缘导热基板已是大势所趋。