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淺談LED封裝PCB和DPC陶瓷PCB
來源: | 作者:szzlgd | 發布時間: 2020-11-16 | 27 次瀏覽 | 分享到:
功率型LED封裝PCB作為熱與空氣對流的載體,其熱導率對LED的散熱起著決定性作用。DPC陶瓷PCB以其優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封裝發展的趨勢。隨著科學技術的發展、新製備工藝的出現,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LED芯片輸入功率的不斷提高,大耗散功率帶來的大發熱量給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鍵環節,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產品來講,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係數等特性。

led顯示屏封裝

  樹脂基封裝PCB:配套成本高普及尚有難度

  emc和SMC對模壓成型設備要求高,一條模壓成型生產線價格在1000萬元左右,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、化學性質,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,其散熱主要通過金屬引線框架進行,散熱能力有限,隻適用於小功率LED封裝。

  金屬芯印刷電路板:製造工藝複雜實際應用較少

  鋁基PCB的加工製造過程複雜、成本高,鋁的熱膨脹係數與芯片材料相差較大,實際應用中較少采用。高功率LED封裝大多采用此種PCB,其價格介於中、高價位間。

  當前生產上通用的大功率LED散熱PCB,其絕緣層導熱係數極低,而且由於絕緣層的存在,使得其無法承受高溫焊接,限製了封裝結構的優化,不利於LED散熱。

  矽基封裝PCB:麵臨挑戰良品率低於60%

  矽基PCB在絕緣層、金屬層、導通孔的製備方麵都麵臨挑戰,良品率不超過60%。以矽基材料作為LED封裝PCB技術,在半導體業界LED行業有所應用。矽基PCB的導熱性能與熱膨脹性能都表明了矽是與LED較匹配的封裝材料。矽的導熱係數為140W/m·K,應用於LED封裝時,所造成的熱阻隻有0.66K/W;而且矽基材料已被大量應用在半導體製程及相關封裝領域,所涉及相關設備及材料已相當成熟。因此,若將矽製作成LED封裝PCB,容易形成量產。

  不過,LED矽PCB封裝仍有許多技術問題。例如,材料方麵,矽材容易碎裂,且機構強度也有問題。結構方麵,矽盡管是優良導熱體,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製備,導電孔需采用腐蝕的方法進行。總體看來,絕緣層、金屬層、導通孔的製備都麵臨挑戰,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發展需求的產品。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雖然導熱係數高,但其線膨脹係數與矽相差很大,且製造時有毒,限製了自身的應用;BN具有較好的綜合性能,但作為PCB材料,沒有突出的優點,而且價格昂貴,目前隻是處於研究和推廣中;碳化矽具有高強度和高熱導率,但其電阻和絕緣耐壓值較低,金屬化後鍵合不穩定,會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量最多、應用最廣的陶瓷基片,但由於其熱膨脹係數相對Si單晶偏高,導致Al2O3陶瓷基片並不太適合在高頻、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年代開始得到廣泛地研究而逐步發展起來,是目前普遍認為很有發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應用於高功率LED的散熱效益顯著,進而大幅提升LED的使用壽命。

  基於板上封裝技術而發展起來的直接覆銅陶瓷板(DBC)也是一種導熱性能優良的陶瓷PCB。DBC在製備過程中沒有使用黏結劑,因而導熱性能好,強度高,絕緣性強,熱膨脹係數與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,實施金屬化頗為困難,不易解決Al2O3與銅板間微氣孔產生的問題,這使得該產品的量產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。目前國內也隻有斯利通領頭的寥寥數家能夠量產。

  DPC陶瓷PCB又稱直接鍍銅陶瓷板,DPC產品具備線路精準度高與表麵平整度高的特性,非常適用於LED覆晶/共晶工藝,配合高導熱的陶瓷基體,顯著提升了散熱效率,是最適合高功率、小尺寸LED發展需求的跨時代產物。

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