2010為LED產業發光發熱的一年， LED在照明應用與大尺寸背光源出貨量持續向上， LED 產品具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命週期長且不含汞具環保等優點，因此廣泛應用於LCD 背光、手機背光、號誌燈、汽車、藝術照明、建築物照明、舞台燈光控制、家庭照明等，但以LED 輸入功率約只有15~20% 電能轉換成光，近80~85% 的電能轉換為熱能， LED 發光時所產生的熱能若無法導出，將使LED 介面溫度過高，進而影響發光效率、穩定性與使用壽命，溫度愈高，其使用壽命愈低。LED 的發光效率會隨著使用時間的增長與使用的次數增加而持續降低，過高的介面溫度會加速影響其LED 發光的色溫品質致衰減，所以介面溫度與LED 發光亮度呈反比的關係。除載板材料的散熱能力外，材料的熱穩定性亦影響LED 產品壽命。LED 散熱方式包括1由空氣散熱；2由基板散熱；3由金線散熱；4若為共晶或覆晶製程，熱能可由導通孔導出。
陶瓷散熱基板製程簡介
目前市場上較普遍應用的陶瓷散熱基板種類及發展的演進， 依序為HTCC 、LTCC 、DBC 、DPC 等四種，分述如下。
1. HTCC
多層陶瓷構裝的製程主要可分為1基板線路布局設計；2漿料製備；3刮刀成形；4生胚加工及金屬化製程，包括生胚穩定化處理、沖片、打孔、填孔、印刷、疊壓、切割、側邊網印等；5共燒；6硬焊；7電鍍；8產品檢測，製程相當繁複，如圖一所示，製程溫度(1,450~1,600°C)使其電極材料的選擇受限（鎢、鉬），且製作成本相當昂貴，目前逐漸被LTCC 取代。
2. LTCC
LTCC 與HTCC 陶瓷基板技術的差異性，主要是LTCC 基板在材料上將氧化鋁+30%~50% 的玻璃粉， 共燒溫度降至約850°C ，在基板收縮率控制上有3~5% 的差異，因此在尺寸準確度、產品強度及添加玻璃質後，使得散熱特性下降，金屬線路使用銀金屬的成本較高。
圖二、直接覆銅陶瓷基板製程流程圖
陶瓷散熱基板特性
表一為各基板散熱特性及製程條件之比較與分析，熱傳導率代表基板材料本身直接傳導熱能的一種能力，數值愈高，代表其散熱能力愈好。因此，散熱基板熱傳導效果的優劣成為選用散熱基板時重要的評估項目之一。由表一四種陶瓷基板散熱的熱傳導率數值比較可知， Al2O3 材料之熱傳導率約在20~24 ， LTCC 為0.5~3 W/m•K；而HTCC 因基板中氧化鋁含量在92~96% ，相對於一般氧化鋁基板氧化鋁含量在96%以上，其熱傳導率略低於氧化鋁基板，約在 15~20 W/m•K 之間。而DBC 與DPC 散熱基板則可選擇氧化鋁或氮化鋁基板，因此散熱效果較HTCC 、LTCC 基板佳。
表一、陶瓷散熱基板特性比較
在製程操作環境溫度的比較， HTCC製程由生胚與金屬線路共燒而成，因陶瓷燒結製程溫度約在1,450~1,600°C 之間，而LTCC 製程與HTCC 相同，僅陶瓷共燒溫度較低約在850~950°C 之間。此外， HTCC 與LTCC 在製程中線路與胚體同步燒結收縮，因此在尺寸精確度較差。DBC 對製程溫度精準度要求十分嚴苛，必須於溫度極度穩定的1,065~1,085°C 範圍下，才能使銅層與氧化鋁形成共晶而反應形成CuAl2O4 層與陶瓷基板緊密結合，若生產製程的均溫性及熱擴散反應差，將使接合層形成氣孔與剝離。最後， DPC 的製程溫度約在250~350°C 左右即可完成散熱基板的製作，但相對於製程程序、複雜度與成本而言，均較其他製程高。
陶瓷散熱基板之應用
陶瓷散熱基板為因應需求及應用的不同，在Package 設計與封裝製程也有所差別。此外，陶瓷基板可依產品製造方法的不同，做出基本的區分。一般需要模組化且需3D 結構形成杯狀基座的封裝基板，以HTCC/LTCC 散熱基板為主，透過積層製程與孔穴成形的技術直接提供點膠與反射層角度；另一封裝方法是共晶/ 覆晶製程，屬於平面式的散熱基板，以DBC/DPC 散熱基板為主……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：邱國創 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌293期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9330