淺談LED封裝PCB和DPC陶瓷PCB

功率型LED封裝PCB作為熱與空氣對流的載體，其熱導(dǎo)率對LED的散熱起著決定性作用。DPC陶瓷PCB以其優(yōu)良的性能和逐漸降低的價格，在眾多電子封裝材料中顯示出很強的競爭力，是未來功率型LED封裝發(fā)展的趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、新制備工藝的出現(xiàn)，高導(dǎo)熱陶瓷材料作為新型電子封裝PCB材料，應(yīng)用前景十分廣闊。

隨著LED芯片輸入功率的不斷提高，大耗散功率帶來的大發(fā)熱量給LED封裝材料提出了更新、更高的要求。在LED散熱通道中，封裝PCB是連接內(nèi)外散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，兼有散熱通道、電路連接和對芯片進行物理支撐的功能。對高功率LED產(chǎn)品來講，其封裝PCB要求具有高電絕緣性、高導(dǎo)熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)等特性。

樹脂基封裝PCB：配套成本高普及尚有難度

emc和SMC對模壓成型設(shè)備要求高，一條模壓成型生產(chǎn)線價格在1000萬元左右，大規(guī)模普及尚有難度。

近幾年興起的貼片式LED支架一般采用高溫改性工程塑膠料，以PPA（聚鄰苯二甲酰胺）樹脂為原料，通過添加改性填料來增強PPA原料的某些物理、化學(xué)性質(zhì)，從而使PPA材料更加適合注塑成型及貼片式LED支架的使用。PPA塑料導(dǎo)熱性能很低，其散熱主要通過金屬引線框架進行，散熱能力有限，只適用于小功率LED封裝。

金屬芯印刷電路板：制造工藝復(fù)雜實際應(yīng)用較少

鋁基PCB的加工制造過程復(fù)雜、成本高，鋁的熱膨脹系數(shù)與芯片材料相差較大，實際應(yīng)用中較少采用。高功率LED封裝大多采用此種PCB，其價格介于中、高價位間。

當(dāng)前生產(chǎn)上通用的大功率LED散熱PCB，其絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)極低，而且由于絕緣層的存在，使得其無法承受高溫焊接，限制了封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不利于LED散熱。

硅基封裝PCB：面臨挑戰(zhàn)良品率低于60%

硅基PCB在絕緣層、金屬層、導(dǎo)通孔的制備方面都面臨挑戰(zhàn)，良品率不超過60%。以硅基材料作為LED封裝PCB技術(shù)，在半導(dǎo)體業(yè)界LED行業(yè)有所應(yīng)用。硅基PCB的導(dǎo)熱性能與熱膨脹性能都表明了硅是與LED較匹配的封裝材料。硅的導(dǎo)熱系數(shù)為140W/m·K，應(yīng)用于LED封裝時，所造成的熱阻只有0.66K/W；而且硅基材料已被大量應(yīng)用在半導(dǎo)體制程及相關(guān)封裝領(lǐng)域，所涉及相關(guān)設(shè)備及材料已相當(dāng)成熟。因此，若將硅制作成LED封裝PCB，容易形成量產(chǎn)。

不過，LED硅PCB封裝仍有許多技術(shù)問題。例如，材料方面，硅材容易碎裂，且機構(gòu)強度也有問題。結(jié)構(gòu)方面，硅盡管是優(yōu)良導(dǎo)熱體，但絕緣性不良，必須做氧化絕緣處理。此外，其金屬層需采用濺鍍結(jié)合電鍍的方式制備，導(dǎo)電孔需采用腐蝕的方法進行?？傮w看來，絕緣層、金屬層、導(dǎo)通孔的制備都面臨挑戰(zhàn)，良品率不高。

陶瓷封裝PCB：提升散熱效率滿足高功率LED需求

配合高導(dǎo)熱的陶瓷基體顯著提升了散熱效率，是最適合高功率、小尺寸LED發(fā)展需求的產(chǎn)品。陶瓷PCB具有新的導(dǎo)熱材料和新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，彌補了鋁金屬PCB所具有的缺陷，從而改善PCB的整體散熱效果。目前可用作散熱PCB的陶瓷材料中，BeO雖然導(dǎo)熱系數(shù)高，但其線膨脹系數(shù)與硅相差很大，且制造時有毒，限制了自身的應(yīng)用；BN具有較好的綜合性能，但作為PCB材料，沒有突出的優(yōu)點，而且價格昂貴，目前只是處于研究和推廣中；碳化硅具有高強度和高熱導(dǎo)率，但其電阻和絕緣耐壓值較低，金屬化后鍵合不穩(wěn)定，會引起熱導(dǎo)率和介電常數(shù)的改變，不宜作為絕緣性封裝PCB材料。Al2O3陶瓷基片雖是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的陶瓷基片，但由于其熱膨脹系數(shù)相對Si單晶偏高，導(dǎo)致Al2O3陶瓷基片并不太適合在高頻、大功率、超大規(guī)模集成電路中使用。A1N晶體具有高熱導(dǎo)率，被認(rèn)為是新一代半導(dǎo)體PCB和封裝的理想材料。

AlN陶瓷PCB從20世紀(jì)90年代開始得到廣泛地研究而逐步發(fā)展起來，是目前普遍認(rèn)為很有發(fā)展前景的電子陶瓷封裝材料。AlN陶瓷PCB的散熱效率是Al2O3的7倍之多，AlN陶瓷PCB應(yīng)用于高功率LED的散熱效益顯著，進而大幅提升LED的使用壽命。

基于板上封裝技術(shù)而發(fā)展起來的直接覆銅陶瓷板（DBC）也是一種導(dǎo)熱性能優(yōu)良的陶瓷PCB。DBC在制備過程中沒有使用黏結(jié)劑，因而導(dǎo)熱性能好，強度高，絕緣性強，熱膨脹系數(shù)與Si等半導(dǎo)體材料相匹配。然而，陶瓷PCB與金屬材料的反應(yīng)能力低，潤濕性差，實施金屬化頗為困難，不易解決Al2O3與銅板間微氣孔產(chǎn)生的問題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)與良品率受到較大的挑戰(zhàn)，仍然是國內(nèi)外科研工作者研究的重點。目前國內(nèi)也只有斯利通領(lǐng)頭的寥寥數(shù)家能夠量產(chǎn)。

DPC陶瓷PCB又稱直接鍍銅陶瓷板，DPC產(chǎn)品具備線路精準(zhǔn)度高與表面平整度高的特性，非常適用于LED覆晶/共晶工藝，配合高導(dǎo)熱的陶瓷基體，顯著提升了散熱效率，是最適合高功率、小尺寸LED發(fā)展需求的跨時代產(chǎn)物。
編輯：hfy