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淺談LED封裝PCB和DPC陶瓷PCB

字體變大  字體變小 發(fā)布日期:2020-12-04  來(lái)源:慧聰LED屏網(wǎng)  瀏覽次數:2901
核心提示:功率型LED封裝PCB作為熱與空氣對流的載體,其熱導率對LED的散熱起著(zhù)決定性作用。DPC陶瓷PCB以其優(yōu)良的性能和逐漸降低的價(jià)格,在眾

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

隨著(zhù)LED芯片輸入功率的不斷提高,大耗散功率帶來(lái)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是連接內外散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節,兼有散熱通道、電路連接和對芯片進(jìn)行物理支撐的功能。對高功率LED產(chǎn)品來(lái)講,其封裝PCB要求具有高電絕緣性、高導熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數等特性。

樹(shù)脂基封裝PCB:配套成本高普及尚有難度

emc和SMC對模壓成型設備要求高,一條模壓成型生產(chǎn)線(xiàn)價(jià)格在1000萬(wàn)元左右,大規模普及尚有難度。

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(shù)脂為原料,通過(guò)添加改性填料來(lái)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塑料導熱性能很低,其散熱主要通過(guò)金屬引線(xiàn)框架進(jìn)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:制造工藝復雜實(shí)際應用較少

鋁基PCB的加工制造過(guò)程復雜、成本高,鋁的熱膨脹系數與芯片材料相差較大,實(shí)際應用中較少采用。高功率LED封裝大多采用此種PCB,其價(jià)格介于中、高價(jià)位間。

當前生產(chǎn)上通用的大功率LED散熱PCB,其絕緣層導熱系數極低,而且由于絕緣層的存在,使得其無(wú)法承受高溫焊接,限制了封裝結構的優(yōu)化,不利于LED散熱。

硅基封裝PCB:面臨挑戰良品率低于60%

硅基PCB在絕緣層、金屬層、導通孔的制備方面都面臨挑戰,良品率不超過(guò)60%。以硅基材料作為L(cháng)ED封裝PCB技術(shù),在半導體業(yè)界LED行業(yè)有所應用。硅基PCB的導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。硅的導熱系數為140W/m·K,應用于LED封裝時(shí),所造成的熱阻只有0.66K/W;而且硅基材料已被大量應用在半導體制程及相關(guān)封裝領(lǐng)域,所涉及相關(guān)設備及材料已相當成熟。因此,若將硅制作成LED封裝PCB,容易形成量產(chǎn)。

不過(guò),LED硅PCB封裝仍有許多技術(shù)問(wèn)題。例如,材料方面,硅材容易碎裂,且機構強度也有問(wèn)題。結構方面,硅盡管是優(yōu)良導熱體,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合電鍍的方式制備,導電孔需采用腐蝕的方法進(jìn)行?傮w看來(lái),絕緣層、金屬層、導通孔的制備都面臨挑戰,良品率不高。

陶瓷封裝PCB:提升散熱效率滿(mǎn)足高功率LED需求

配合高導熱的陶瓷基體顯著(zhù)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具有新的導熱材料和新的內部結構,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雖然導熱系數高,但其線(xiàn)膨脹系數與硅相差很大,且制造時(shí)有毒,限制了自身的應用;BN具有較好的綜合性能,但作為PCB材料,沒(méi)有突出的優(yōu)點(diǎn),而且價(jià)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率,但其電阻和絕緣耐壓值較低,金屬化后鍵合不穩定,會(huì )引起熱導率和介電常數的改變,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、應用最廣的陶瓷基片,但由于其熱膨脹系數相對Si單晶偏高,導致Al2O3陶瓷基片并不太適合在高頻、大功率、超大規模集成電路中使用。A1N晶體具有高熱導率,被認為是新一代半導體PCB和封裝的理想材料。

AlN陶瓷PCB從20世紀90年代開(kāi)始得到廣泛地研究而逐步發(fā)展起來(lái),是目前普遍認為很有發(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應用于高功率LED的散熱效益顯著(zhù),進(jìn)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(lái)的直接覆銅陶瓷板(DBC)也是一種導熱性能優(yōu)良的陶瓷PCB。DBC在制備過(guò)程中沒(méi)有使用黏結劑,因而導熱性能好,強度高,絕緣性強,熱膨脹系數與Si等半導體材料相匹配。然而,陶瓷PCB與金屬材料的反應能力低,潤濕性差,實(shí)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(wèn)題,這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)與良品率受到較大的挑戰,仍然是國內外科研工作者研究的重點(diǎn)。目前國內也只有斯利通領(lǐng)頭的寥寥數家能夠量產(chǎn)。

DPC陶瓷PCB又稱(chēng)直接鍍銅陶瓷板,DPC產(chǎn)品具備線(xiàn)路精準度高與表面平整度高的特性,非常適用于LED覆晶/共晶工藝,配合高導熱的陶瓷基體,顯著(zhù)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(shí)代產(chǎn)物。

 
關(guān)鍵詞: LED封裝
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