在LED的封装领域,陶瓷散热基板是个奇怪的名词,因为陶瓷基板所发挥的功用并不是散热,它只是当作芯片的载具,以及热的传输路径之一而已,真正的散热并不在它身上,而是在灯具和空气接触的表面。事实上,它的功能应该称为陶瓷导线架比较适当。陶瓷导线架的功能很单纯,就是结合芯片,荧光粉,有时再加上一些主动或被动组件,成为一个发光源,可以应用在灯具,显示器…等等。


图 COB LED 载板 - CL1515 - with 3D 环绕壁 DAM

而陶瓷散热基板这个名词,变成了一个不可承受的重,让它成了所谓高贵的零件,特性好(能绝缘,散热,信赖性好),但大部份使用者都喊用不起….其实陶瓷真的是这样的宿命吗?

1、陶瓷昂贵吗?

陶瓷材料并不贵,特别是氧化铝,它的原材料氧化铝粉末并不贵,反倒是制造成本占大部份。氧化铝使用在被动组件的芯片电阻的基板上已有多年, 而芯片电阻动辄每月数百亿颗的生产量,让氧化铝形成规模化生产,成本也因芯片电阻的低价促使氧化铝基板成为物美价廉的一种材料。

2、DPC(direct plating copper)是解决导热,导电的好方法?

目前市面上的DPC陶瓷基板,都是利用电镀把陶瓷的导通孔完全填满,这是一个有风险的制程,因为总有一些填充孔是不完全填满的,而未填满的孔就有可能在未来的制程或未来使用中产生破坏…最重要的是,这些未完全填满的孔是不易检查的。导通孔制程,是利用导通孔印刷的制程,保持导通孔畅通而不填满。这种制程的好处是易于后续检查,避免不良品流出。当然,整个陶瓷导线架的结构也会有所调整。


图 COB LED 载板 - CL1515 - 覆晶倒装芯片专用 (抛光) Flip Chip

3、陶瓷导线架的立体结构?

目前的DPC陶瓷基板,主要是提供给有molding 制设备,以及喷涂荧光粉制程的封装业所使用,所以通常是2D平板结构,但对于一般封装业者而言,如果陶瓷板能有像一般PLCC用的支架一样有环绕壁的话,使用上就更加方便。DPC基板也尝试利用黄光微影制程制作出3D环绕壁,但高度最高也只能勉强到达150um。这种高度并不能满足封装业荧光粉填充的要求。利用3D成型技术,在氧化铝陶瓷板上型成250~300um的环绕壁,可使陶瓷板的封装就如同使用PLCC封装制程一样,只要固晶,打线,点荧光胶即可完成。另外还有一个特点,陶瓷板及线路都是有经过平坦化处理的,而且耐高温,所以可以让共晶(eutectic)制程的芯片使用。特别是导体部份耐高温的特性,可以避免 DPC基板在共晶制程常出现的导体鼓泡现像。氧化铝材料是纯度大于96%以上的材质,与过去用低温共烧陶瓷(LTCC, low temperature co-fired ceramic)做为陶瓷支架也有所不同,低温共绕陶瓷亦可以很方便地制作立结构陶瓷支架,但它的材质就含有大量的玻璃相,致使导热系数远远低于氧化铝达5倍以上如果要再加上额外的辅助导热金属,成本又高出不少。

4、陶瓷的反射率不足?

一般96%氧化铝陶瓷基板对可见光波长的反射率约在90%左右,利用表面被覆技术可以让氧化铝基板的反射率提高至98%。虽然实际封成灯源不一定可以完全反映亮度增加这么多。但是对亮度非常在意的封装业而言,这种进步应该是相当有意义的。目前市面上的MCPCB板亦有所谓亮面铝来增加反射率的做法,但可惜的是铝并不耐热,一但亮面铝在led点高后,不过几天的时间,表面就会氧化而失去反射率。而氧化铝陶瓷的耐热和稳定的特性,可以持续提供同样的反射率而不随时间有所改变。

5、陶瓷的生产周期长?

封装业者对DPC陶瓷基板最诟病的的另外一点是交期太长,动辄二个月以上。业内很多企业开发的陶瓷导线架制程,制程大幅缩短,可以让封装业掌握产品上市的时间,并减少库存的压力。

陶瓷,真的是LED封装的好选择,千万别再陷入以讹传讹的过时讯息中。


来源:阳昇应用材料(股)有限公司官网,作者:庄弘毅 博士

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作者 gan, lanjie