LED陶瓷散熱基板製程技術再升級 加速LED產品生產效率

圖1、 LED 封裝方式以打線與覆晶為主

作者 大毅科技生產技術中心協理- 曹茂松先生
 
隨著地球暖化日益嚴重，綠色環保議題受到重視，全球所有國家也於2009年底聚首哥本哈根，展開以世界氣候為主題的超大型會議，討論著地球的未來，力求共識以至高的智慧為地球環境保護作最大的努力。而在電子產業中，LED省電、節能一直都是熱門的話題，在2010年受惠於LED TV加上照明應用，而使得LED呈現高度成長，整體產值預估將較上一年成長約15%。因為具有低耗電量及長效壽命的優勢，LED已經由普通電子零組件轉為重要的節能產品，因此LED產品的應用正吸引著世人的目光。

目前LED產品封裝方式皆以打線與覆晶為主，如圖一。產品由單晶至多晶組合都有。其中，最關鍵的技術莫過於LED封裝後如何將其發光過程蓄積的熱能發散，散熱主要由傳導及對流決定，其中又以面積為最重要參數，以達到維持穩定發光效率的目的。以往LED晶片的封裝方式為，將其放置於金屬基板上再包覆樹脂，但以低熱傳係數之樹脂包覆，所產生的熱都由金屬基板傳遞，但金屬熱膨脹係數遠大於LED晶片，因此過度膨脹的現象會導致基板熱歪斜，進而引發晶片瑕疵或是發光效率降低。

基於上述問題，針對各種LED散熱基板種類與特性，如表一，各家基板廠製造商也有不同的研究與應用。 LED封裝改用低成本之印刷電路板(PCB)或金屬芯印刷電路板(MCPCB)進行散熱，此方法雖有效提升散熱效果，但以高分子當作主要基板卻又不能承受高溫工作條件的考驗。因此用於高功率的LED封裝會有許多限制的產生。目前，鑽石為現有材料中硬度最高，散熱最快，也最耐蝕的材料，因此也被一些廠家選為未來基板的研發素材，其具有最佳導熱係數和優越的機械強度的材料，但材料價格昂貴不易量產。

有鑑於此，現今LED封裝散熱基板多採用成本具競爭力的陶瓷材質，並且利用陶瓷基板具有與半導體有接近的熱膨脹係數與高耐熱能力，有效地解決熱歪斜及高溫製程問題。而在陶瓷基板材質中，則以氧化鋁材質基板其具有耐熱、穩定而不反應、絕緣及良好的導熱係數等優良特性優勢，被大量的應用在工業界。

以大毅科技為例，大毅除了是被動元件與保護元件製造商之外，於2010年更進一步的投入LED散熱基板市場，製造高功率LED散熱基板，如圖二。 利用目前既有的專業保護元件黃光微影薄膜製程以及精密電鑄技術能力，加上由大毅科技自行研發的雷射切割鑿孔設備，導入氧化鋁以及氮化鋁作為散熱基板材料，納入生產製程開始進行量產，滿足所有LED產品封裝的設計與散熱需求。

由於LED陶瓷散熱基板的製程與大毅現有的保護元件產品製程相仿，並且在材料與設備上更是有許多相同之處。故利用原本保護元件使用的陶瓷基板製程共通性，製造出高功率LED散熱用陶瓷基板產品。

大毅科技採用高溫燒結的緻密陶瓷基板，製作LED封裝層使用的構裝基板(Carrier)，產品製程皆由大毅科技自行研發控管，透過薄膜製程，克服了信賴性與附著性的種種問題，並以大量製造的方式，使得生產效率或者成本價格，皆能夠為廠商帶來最大的商機以及市場競爭力。產品介紹如表2。

大毅科技以自行研發之雷射切割鑿孔機進行基板鑿孔，建立陶瓷基板之雛型。接著進行濺鍍製程於基板沉積導電層，再經黃光微影薄膜製程來得到所須線路圖形，並以電鑄方式將線路增厚並且填滿上下線路導通孔，最後在增厚線路鍍上覆晶所需之鍍層，完成散熱基板之製程，如圖3。