高功率LED封装之金属封装基板

目前高功率LED的应用范围越来越广，随之而来的问题是当LED的输出功率较小时，可以使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板，然而照明用高功率LED的发光效率只有20%~30%，且芯片面积非常小，虽然整体消费电力非常低，可是单位面积的发热量却很大。LED在汽车、照明等方面的适用性，对高功率LED希望的特性分别是省电、高辉度、长使用寿命、高色彩再现性，这表明散热性好才是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。虽然技术上高功率LED封装后的商品，可使用时散热对策却非常棘手，由于环氧树脂已不符合高功率需求，树脂基板的散热极限多半隻支持0.5W以下的LED，超过0.5W以上的LED封装大多改用金属系与陶瓷系高散热基板，主要原因是基板的散热性对LED的寿命与性能有直接影响，因此封装基板成为设计高辉度LED商品应用时非常重要的元件。

金属系高散热基板又分成硬质(rigid)与可挠曲(flexible)系基板两种。硬质系基板属于传统金属基板，金属基材的厚度通常大于1mm，广泛应用在LED灯具模组与照明模组，技术上它与铝质基板相同等级高热传导化的延伸，未来可望应用在高功率LED封装。硬质金属系封装基板是利用传统树脂基板或是陶瓷基板，赋予高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性，成为新时代高功率LED封装基板。

高功率LED封装基板是利用环氧树脂系接着剂将铜箔黏贴在金属基材的表面，透过金属基材与绝缘层材质的组合变化，制成各种用途的LED封装基板。高散热性是高功率LED封装用基板不可或缺的基本特性，因此上述金属系LED封装基板使用铝与铜等材料，绝缘层大多使用高热传导性无机填充物(Filler)的环氧树脂。铝质基板是应用铝的高热传导性与轻量化特性制成高密度封装基板，目前已经应用在空调机的转换器(Inverter)、通讯设备的电源基板等领域，也同样适用于高功率LED封装。

一般来说，金属封装基板的等价热传导率标准大约是2W/mK，为满足客户4W~6W/mK高功率化的需要，已经推出等价且热传导率超过8W/mK的金属系封装基板。由于硬质金属系封装基板主要目的是支援高功率LED封装，因此各封装基板厂商正积极开发可以提高热传导率的技术。硬质金属系封装基板的主要特徵是高散热性。高热传导性绝缘层封装基板，可以大幅降低LED芯片的温度。此外基板的散热设计，透过散热膜片与封装基板组合，还可以延长LED芯片的使用寿命。

金属系封装基板的缺点是基材的金属热膨胀係数非常大，容易受到热迴圈冲击，如果高功率LED封装使用氮化铝时，金属系封装基板可能会发生不协调的问题，因此必须设法吸收LED模组各材料热膨胀係数差异造成的热应力，以此缓和热应力进而提高封装基板的可靠性。