高功率LED封装2—高功率LED基板未来展望

高功率LED封装2—高功率LED基板未来展望

前言：

　　一般使用的功率或是低功率LED封装，普通电子业界用的PCB版及可以满足需求，但是随着市场需求的层次扩大，迎接高功率的时机到来，PCB基板渐渐的不敷使用...

内文：

　　在LED产业前景一片看好时，高功率LED是目前大家关注的焦点，发展高功率的利基点，除了考虑台湾产业本身的结构链、高功率的组态和散热方式、散热基板的发展背景以及目前散热基板的技术演进。

LED散热的原理与结构

　　高功率的LED，所输入能源只有20%转化成光，其余的都以热的形态消耗掉，若这些热能未能及时的排出外界，那么LED的寿命就会因此大打折扣。那么LED的热能是如何排出的呢？LED散热能力通常受照封装模式、及使用材质的导热性所影响，热的散逸途径不外乎传导、对流、辐射这3大类，而LED的封装材料里积聚的热能，大部分是以传导方散出，所以封装方式和材质选用就相当关键。

　　传统炮弹型封装，以插件式运用，广泛运在家电或是通讯产品的指示灯，常看到的颜色多为红、黄、绿色光等，但因为大部分LED产生的热只能藉由2根导线，往组装的基板上导热，散热效果不佳。

　　平板型的封装方式，因为整体与基板贴合，整体导热面积增加，加上近年来基板材质已针对散热，作许多研发与改良，LED运用也就更为广泛。

图说：传统与新型态的封装方式。(资料来源：http://www.lumileds.com/)

LED散热基板的种类

　　目前常见的基板种类有，硬式印刷电路板、高热导系数铝基板、陶瓷基板、软式印刷电路板、金属复合材料。硬式印刷电路板(Printed Circuit Board；PCB)，多用于各项电子基板，最常见到的就是计算机内部的各项组件，如主机板、显示卡、声卡…等。台湾发展了30多年，有完整的体系，从上游到下游，有助于LED基板的发展。

　　传统的PCB板，无法乘载高功率的热能，发展仍停在低功率的LED，但由于转型、投资、技术等其它考虑，并不会往高功率的LED生产研发方向规划，而会以现有的机台、或是利用其它电子基板技术转移到LED运用上，达到降低成本、提高效率目的。

　　高热导系数铝基板(Metal Core PCB；MCPCB)，，是以PCB将下方基材改为铝合金，一般来说纯铝的散热系数k(W/mK)较铝合金高，但由于纯铝的硬度不高造成使用上的困难，所以会以铝合金的型式，来制作基板。

　　在MCPCB国内厂商发展出不同型态的种类，有以软板取代氧化铝板方式，发挥高效能的散热，也有的厂商改变树脂配方，不但将涂布的关键技术提升，也顾虑到基材的环保问题。

图说：传统电子零件用PCB板与LED用PCB板，在材料本质上架构相同，但为了达到不同用途，还是会有微小差异。(许家铭 摄)

　　陶瓷基板目前有3大类，Al2O3(氧化铝)、LTCC(低温共烧陶瓷)、AlN(氮化铝)，技术门坎性而言，但AlN最高、LTCC次之。

　　由陶瓷烧结而成得LED基板，有散热性佳、耐高温、耐潮湿等优点。但是价格高出传统基板数倍，所以至今仍不是散热型基板主要组件，但若不考虑价格因素，陶瓷基板是为最佳首选。

　　未来需要耐高温的LED，会以需长时间照明的路灯、需强光照明的医疗灯具...等用途为主，陶瓷基板的优势，要选择需高度散热的商品，且需有完备规格，才能符合生产效益比，才会有前景。

图说：不同种类陶瓷基板，以瓦数、内部颜色组件作区分。(许家铭 摄)

　　软式印刷电路板(FPC)具有重量轻、可挠性、厚度薄、运用空间灵活等优点，热传导系数优于传统PCB基板或是MCPCB基板，且应用面积大于陶瓷基板。

图说：软性电路板的基本结构，由胶片组成，具有高度可曲挠性，可以用于狭窄空间中。(资料来源：http://www.mektec.com.tw)

图说：软性电路板已广为运用在LED基板上，其柔软特色，可简单组装在空间狭小的电器内。(许家铭 摄)

　　金属复合技术，学理上热传导率高、导热性好，工研院曾发表过相关技术，但相关技术仍处于实验阶段，良率偏低，目前在市场并没有正式生产。

目前市场LED基板选用方式

　　PCB板属于低功率LED封装，而大于1W(瓦)则以MCPCB为主，以亿光电子为例，并没有着重在任何基板种类，而完全是以市场需求和产品特性区分，用适合的素材匹配出最合宜的商品。相对于亿光这类生产多元商品的公司，禾伸堂则把主力放于陶瓷基板产品，一类由公司自行设计规格占总体10%，其余占90%则是由下游厂商委托制造。软板具有可曲挠性，可应用于特殊结构，且热导率与MCPCB接近，特别适用在小体积、需折迭类型的商品。

　　LED散热基板的市场需求量，预估2009年会迅速的膨胀，相机闪光灯、手机面板背光、按键，车用灯、显示器、笔记型计算机、桌上型显示器、电视的背光源，以及室内照明、路灯...等。都将由LED扮演要角，在未来的商机非常可观。

来源：Digitimes- Cover Story