LED封裝材料的選擇及現今材料的適用類型

CNLED網編譯 現今，LED越來越亮。為了滿足一般照明市場的需求，LED必須將傳統白熾燈與鹵素燈泡的流明輸出匹配（通常在相同的尺寸範圍內），而且這個任務也是一個熱挑戰。

普遍的高亮度（HB）LED只能將約45％的能量轉化為光，其餘的以熱量出現。這種熱量需要儘可能快地從LED上導出，以防止LED過熱及發生潛在的災難性故障。這種HB LED的功率輸入增加加速了更多的功率進入LED，反過來產生更多的熱量。

這種情況是LED製造商面臨的挑戰，目前市場上已經有許多不同的方法來克服了。所有的都是從LED封裝開始，因為封裝提供了許多功能：它不僅為LED晶元提供物理保護，並將LED固定在燈具上，但這也意味著LED晶元處於密封的封裝環境中，這大大地阻止了對流和輻射帶來的散熱，而把LED只能靠從封裝背面通過熱傳導方式散熱。

這一情況下，使用導熱基板可以幫助縮小LED與散熱器間的熱傳遞路徑。但使用銅片類材料或許更簡易，因為銅的導熱性能非常好。導熱基板需為電絕緣，因為它還需要攜帶將電力輸送到LED的銅軌。如果介質不絕緣，LED就會被短路。因此，行業需要的是既能導熱又絕緣的材料。

LED製造商不斷研究解決方案以降低成本，要麼通過消除工藝，要麼使用更具成本效益的材料。最終是將LED燈泡的整體成本降低到一個消費者可以用低價就能購買的水平。

封裝選擇

HB LED封裝普遍有兩種方法。

製造商可以將單個大型LED晶元或晶元組（例如，一個紅色，一個綠色和一個藍色）使用表面貼裝技術（SMT）集成到一起，或者製造商將一些晶元直接封裝到PCB-COB上。圖1包括來自製造商Cree，Lumileds和Samsung的不同封裝類型的樣品。

圖1 三星晶元級封裝（CSP）器件（左）；

Lumileds的中功率LED（中）；Cree的COBLED（右）

從表面看，COB LED很簡單。通過將裸露的LED晶元直接封裝到PCB上，這顯然使COB設備成為一個更具成本效益的選擇。

COB LED的缺點是在於它們傾向於廣角度。這些可以用於像路燈、高棚燈這樣的照明燈具中。但是對於需要定向光束，如在汽車前燈或天花板筒燈中，則需要貼片定向高功率LED產品。

HB LED和陶瓷的好處

定向HB LED封裝的關鍵要求是封裝基板的兩側需要「電路化」，銅軌通過基板，連接兩組電路。這是至關重要的，因為封裝基板需要安裝到模組或燈具電路上。需要填充有導電銅的通孔，但是這些通孔需要與電路的其餘部分隔離開。這低估了例如金屬芯PCB（MCPCB）之類的材料。

到目前為止，唯一可以滿足這一要求的市場材料是電子陶瓷。陶瓷是非常理想的，因為它是一種天然的電介質，某些類型的陶瓷就是優良的熱導體。鑽入基板的通孔將與其餘材料電隔離開。

陶瓷是一個很好的選擇，還有另外一個原因是它們能夠通過非常高解析度的直接鍍銅（DPC）工藝。 DPC是一種添加處理，銅軌跡被濺射到陶瓷上以建立電路，而不是使用還原工藝。這個工藝非常精確地加銅，以微米的精度測量。

這就是低成本MCPCB再次失敗的地方。為了給MCPCB製作電介質層，需要加入環氧樹脂，將銅電路粘在金屬芯的表面。正是這種環氧樹脂層作為電介質，它通常與陶瓷顆粒混合以提高熱性能。這隻能通過還原工藝，於是再次，陶瓷成為唯一的選擇。

圖2 熱導材料的選擇因熱導率、製造難易度

和成本方面都有所不同

■ 編譯/CNLED網 James

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