高功率LED模組用有機散熱基板材料

 

刊登日期:2014/5/22
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從LED之應用發展,因應功率元件應用與石化高值化需求環境的變化,為了符合高密度、大電流、高溫作動、高可靠度等需求,必須有高性能的散熱、封裝、導電、絕緣等新材料的配合,而國產功率元件構裝、基板材料尚無業界標準,且缺乏系統應用所需之多功能性與可靠度驗證。因此,工研院結合材料、元件、系統業者,建立LED有機材料特性驗證平台與統合設計驗證之基磐技術,以化解未來LED產業應用之材料發展瓶頸,建構先進功率元件之應用環境。同時因應目前產業需要,建立關鍵有機材料之導熱特性驗證技術與業界標準,取得新商機並有效提升原有材料之特性,加速國產機能材料在LED產品應用。

散熱基板的技術發展
由於高亮度、高功率LED系統所衍生的熱問題將是影響產品功能優劣之所在,要如何將這些LED元件的發熱量迅速排出至周遭環境,首先必須從LED的熱管理開始著手。LED封裝方式通常是將單顆或多顆LED晶片透過焊料(Solder)或黏結劑(Adhesive)貼至散熱的金屬板(Heat Slug)上,並在晶片上方封裝透明的環氧樹脂材料,再覆蓋一個透鏡,組裝成 LED 燈源。而在 LED實際產品應用上,不論用於顯示器背光源、指示燈或一般照明,通常會視需要將多個LED組裝在一印刷電路板上。印刷電路板除了扮演承載LED模組結構的角色外,另一方面,隨著LED的輸出功率愈來愈高,印刷電路板還必須扮演散熱的角色,以將LED晶片產生的熱傳遞出去,因此在材料選擇上必須兼顧結構強度及散熱方面的需求。Metal Core PCB是目前散熱基板主要技術之一,且是傳統銅箔基板業者可利用發揮的最佳空間。

散熱介電絕緣層材料
散熱介電絕緣層材料結構可分成含玻璃纖維的樹脂複合材料與不含玻璃纖維的樹脂絕緣層材料。含玻璃纖維的樹脂複合材料是以玻璃纖維布含浸環氧樹脂,再與電解銅箔壓合而成。其中,玻璃纖維布和環氧樹脂含浸而成的黏合膠片,膠片在多層板中的功能為當作銅箔與銅箔間的介電絕緣層,可做為電子零組件間的絕緣及支撐,銅箔則是供作電子零組件的線路連接導體。不含玻璃纖維布的樹脂絕緣層材料,例如RCC、Film-Type及Paste等,由於不含玻璃纖維的樹脂絕緣層,在製作上必須將樹脂塗佈於銅箔基材上且塗膜成品厚度精度必須控制,因此精密塗佈與烘烤系統成為不可或缺的製造設備,此外為維持成品表面特性確保細線路加工品質,整體塗佈系統必須在潔淨室中進行。

高耐熱環保型散熱介電絕緣層材料
為了滿足無鉛製程及無鹵材料的綠色環保趨勢,業者無不戮力開發高耐熱無鹵銅箔基板材料技術,依照銅箔基板的材料上、下游產業結構可知,高耐熱且無鹵的樹脂材料主要著眼在酚醛樹脂系統銅箔基板、環氧樹脂系統銅箔基板與Polyimide (PI)樹脂系統銅箔基板等三大類,另外尚有BT、BMI、CE、PAI 等樹脂。目前軟質銅箔基板所使用的樹脂材料主要仍是以高Tg的 PI 為主要耐熱性樹脂材料,由於PI來源受限,屬於寡占市場,所以取得成本高,議價空間小,而且吸水率高,影響板材特性,所以廠商甚早投入研究以他種材料取代PI的可行性……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:廖如仕/工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌329期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11838


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