金屬絕緣基板是目前高功率LED產品相當重要的組件，而金屬絕緣散熱基板最大的熱瓶頸即是介於金屬基板與銅箔電路之間的高分子基導熱絕緣材料，因其熱傳導率只有2~3 W/m•K左右，是基板熱阻的主要來源。高分子基絕緣材料的市場需求隨著高散熱基板在LED照明及背光源市場之擴大而水漲船高，吸引很多國內外業者相繼投入，以便開發更高熱傳導率、低熱膨脹係數、低熱阻尼、耐高溫穩定性及高黏結力的材料技術。
散熱基板的技術發展
近幾年因LED背光與LED照明的市場蓬勃發展，高功率LED成長快速，帶動散熱基板整體產值的提升，吸引眾多競逐者紛紛投入此領域。將元件導熱以維持運作及功能穩定是散熱基板主要的功用，為因應未來在LED背光、LED照明、車用散熱基板及其他新增的散熱需求，目前有多家廠商積極開發新的散熱解決方案以搶得先機。除了產業界的努力之外，工研院材化所也在高性能散熱基板開發上投入人力、物力，以期能在我國熱管理產業邁向全球主要生產基地的路程中，協助產業健全發展，搶得先機。目前散熱基板市場發展最快速及最受矚目，當以LED的應用領域最為大家所期待。
傳統LED由於發熱量不大，散熱問題不嚴重，因此只要運用一般電子用的印刷電路板即足以應付，但隨著高功率LED愈來愈盛行，印刷電路板已無法應付散熱需求，因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上（鋁基板為主），以改善其傳熱路徑。另外一種做法係直接在鋁基板表面做絕緣層(Insulated Layer)，或稱介電層(Dielectric Layer)，接著在介電層表面做電路層，如此LED模組即可直接以Wire Bonding或共晶方式接合在電路層上。此種將絕緣層直接接合於金屬板上所構成的基板，即稱為絕緣金屬板(Insulated Metal Substrate; IMS)或稱Metal Core PCB，其結構如圖二所示。
圖二、IMS 結構
高導熱介電絕緣層材料
高導熱介電絕緣層材料結構可分為兩類，第一類為含玻璃纖維的樹脂複合材料（即硬板型式），第二類為不含玻璃纖維的樹脂絕緣層材料（例如薄膜狀及軟板型式）。含玻璃纖維的樹脂複合材料，其製程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(Prepreg; P/P)，在多層板中用作銅箔與銅箔間的介電絕緣層，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，含玻璃纖維的高導熱介電絕緣材料之含浸製程如圖五所示。
不含玻璃纖維布的樹脂絕緣層材料，例如RCC、Film-type及Paste等。一般RCC及Film-type高導熱介電絕緣層材料，其製程由於不含玻璃纖維的樹脂絕緣層（薄膜狀及軟板型式），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維持在±2μm以下，因此精密塗佈與烘烤系統成為不可或缺的製造設備。塗佈製程的開發必須注意樹脂材料配方與製程參數之搭配，包括塗液之黏度、固型份、溶劑組成及流變特性等均會影響塗佈品質。而烘烤製程中，捲取放送速度、張力控制、熱風速度與流量、水平控制，以及升溫段數等更是決定產品良好與否之重要關鍵，不含玻璃纖維的高導熱介電絕緣材料之塗佈製程如圖六所示。
圖六、不含玻璃纖維的高導熱介電絕緣材料之塗佈製程
高耐熱環保型導熱介電絕緣材料
為了滿足「無鉛製程」及「無鹵基板材料」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、與聚醯亞胺(Polyimide; PI)樹脂系統銅箔基板等三大類，而普遍使用的高耐熱且無鹵之樹脂種類則為硬質銅箔基板用Epoxy與軟質銅箔基板用PI兩種，另外尚有BT、BMI(Bismaleimide;)、CE (Cyanate Ester)、PAI(Polyamideimide)等。環氧樹脂雖具有相當多的優點，但耐燃性不高為主要的弱點，因此在使用時大多會加入難燃劑，使其達到UL-94測試標準。目前大部分採用的溴系難燃劑雖對抑燃具相當的效果，但會產生腐蝕性和毒性的鹵化氫氣體，且發煙量大，燃燒時可能會產生戴奧辛的疑慮。新難燃劑的開發是目前技術發展的關鍵，而磷系難燃劑具有毒性較低、加工性佳、添加量少、發煙量低，且與樹脂的相容性佳等優點，所以磷系難燃基板材料的開發近來頗受矚目……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：廖如仕/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌281期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8540