四种功率型LED封装基板对比分析下

四种功率型LED封装基板对比分析

硅基封装基板：面临挑战良品率低于60%

硅基板在绝缘层、金属层、导通孔的制备方面都面临挑战，良品率不超过60%。

以硅基材料作为LED封装基板技术，近几年逐渐从半导体业界引进到LED业界。硅基板的导热性能与热膨胀性能都表明了硅是与LED较匹配的封装材料。

硅的导热系数为140W/m·K，应用于LED封装时，所造成的热阻只有0.66K/W；而且硅基材料已被大量应用在半导体制程及相关封装领域，所涉及相关设备及材料已相当成熟。因此，若将硅制作成LED封装基板，容易形成量产。

不过，LED硅基板封装仍有许多技术问题。例如，材料方面，硅材容易碎裂，且机构强度也有问题。结构方面，硅尽管是优良导热体，但绝缘性不良，必须做氧化绝缘处理。

此外，其金属层需采用溅镀结合电镀的方式制备，导电孔需采用腐蚀的方法进行。总体看来，绝缘层、金属层、导通孔的制备都面临挑战，良品率不高。目前虽有一些台湾企业开发出LED硅基板并量产，但良品率不超过60%。

陶瓷封装基板：提升散热效率满足高功率LED需求

配合高导热的陶瓷基体，DPC显著提升了散热效率，是适合高功率、小尺寸LED发展需求的产品。

陶瓷散热基板具有新的导热材料和新的内部结构，弥补了铝金属基板所具有的缺陷，从而改善基板的整体散热效果。

Al2O3陶瓷基片虽是目前产量多、应用广的陶瓷基片，但由于其热膨胀系数相对Si单晶偏高，导致Al2O3陶瓷基片并不太适合在高频、大功率、超大规模集成电路中使用。A1N晶体具有高热导率，被认为是新一代半导体基板和封装的理想材料。

AlN陶瓷材料从20世纪90年代开始得到广泛地研究而逐步发展起来，是目前普遍认为很有发展前景的电子陶瓷封装材料。AlN陶瓷基板的散热效率是Al2O3基板的7倍之多，AlN基板应用于高功率LED的散热效益显著，进而大幅提升LED的使用寿命。

AlN基板的缺点是即使表面有非常薄的氧化层也会对热导率产生较大影响，只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN基板。

现阶段应用于LED封装的陶瓷基板按制备技术可分为HTCC、LTCC、DBC、DPC4种。HTCC又称高温共烧多层陶瓷，其主要材料为熔点较高但导电性较差的钨、钼、锰等金属，制作成本高昂，现在较少采用。

LTCC又称为低温共烧多层陶瓷基板，其热传导率为2W/(m·K)～3W/(m·K)左右，与现有铝基板相比并没有太大优势。此外，LTCC由于采用厚膜印刷技术完成线路制作，线路表面较为粗糙，对位不精准。而且，多层陶瓷叠压烧结工艺还有收缩比例的问题，这使得其工艺解析度受到限制，LTCC陶瓷基板的推广应用受到极大挑战。

基于板上封装技术而发展起来的直接覆铜陶瓷板(DBC)也是一种导热性能优良的陶瓷基板。DBC基板在制备过程中没有使用黏结剂，因而导热性能好，强度高，绝缘性强，热膨胀系数与Si等半导体材料相匹配。

然而，陶瓷基板与金属材料的反应能力低，润湿性差，实施金属化颇为困难，不易解决Al2O3与铜板间微气孔产生的问题，这使得该产品的量产与良品率受到较大的挑战，仍然是国内外科研工作者研究的重点。

DPC陶瓷基板又称直接镀铜陶瓷板，DPC产品具备线路精准度高与表面平整度高的特性，非常适用于LED覆晶/共晶工艺，配合高导热的陶瓷基体，显著提升了散热效率，是适合高功率、小尺寸LED发展需求的陶瓷散热基板。