中心議題：

• 散熱基板對於LED模組的影響
• 散熱基板的對比選擇

解決方案：

• 厚膜印刷陶瓷基版
• 薄膜工藝陶瓷基板　
• 氧化鋁陶瓷基板
• 氮化鋁陶瓷基板

1、簡介　　
LED模組現今大量使用在電子相關產品上，隨著應用範圍擴大以及照明係統的不斷提升，約從1990年開始高功率化的要求急速上升，尤其是以白光高功率型式的需求最大，現在的照明係統上所使用之LED功率已經不隻1W、3W、5W甚至到達10W以上，所以散熱基板的散熱效能儼然成為最重要的議題。影響LED散熱的主要因素包含了LED芯片、芯片載板
、芯片封裝及模組的材質與設計，而LED及其封裝的材料所累積的熱能多半都是以傳導方式散出，所以LED芯片基板及LED芯片封裝的設計及材質就成為了主要的關鍵。

2、散熱基板對於LED模組的影響

LED從1970年以後開始出現紅光的LED，之後很快的演進到了藍光及綠光，初期的運用多半是在一些標示上，如家電用品上的指示
，到了2000年開始，白光高功率LED的出現，讓LED的運用開始進入另一階段，像是戶外大型看版、小型顯示器的背光源等(如圖一)，但隨著高功率的快速演進
，預計從2010年之後，車用照明、室(shi)內(nei)及(ji)特(te)殊(shu)照(zhao)明(ming)的(de)需(xu)求(qiu)量(liang)日(ri)增(zeng)，但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)高(gao)功(gong)率(lv)的(de)照(zhao)明(ming)設(she)備(bei)，其(qi)散(san)熱(re)效(xiao)能(neng)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)越(yue)益(yi)嚴(yan)苛(ke)，因(yin)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)散(san)熱(re)能(neng)力(li)與(yu)較(jiao)高(gao)的(de)耐(nai)熱(re)
、氣密性
，因此，陶瓷基板為目前高功率LED最常使用的基板材料之一。

然而
，目前市麵上較常見的陶瓷基板多為LTCC或厚膜技術製成的陶瓷散熱基板，此類型產品受網版印刷技術的準備瓶頸
，使得其對位精準度上無法配合更高階的焊接
，共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)封裝方式，而利用薄膜工藝技術所開發的陶瓷散熱基板則提供了高對位精準度的產品
，以因應封裝技術的發展。

2.1、散熱基板的選擇
　　
就LED芯片承載基板的發展上，以承載芯片而言，傳統PCB的基板材質具有高度商業化的特色，在LED發展初期有著相當的影響力。然而
，隨著LED功率的提升，LED基板的散熱能力
，便成為其重要的材料特性之一，為此，陶瓷基板逐漸成為高效能LED的主要散熱基板材料(如表一所示)，並逐漸被市場接受進而廣泛使用。近年來，除了陶瓷基板本身的材料特性問題須考慮之外，對基板上金屬線路之線寬、線徑
、金(jin)屬(shu)表(biao)麵(mian)平(ping)整(zheng)度(du)與(yu)附(fu)著(zhe)力(li)之(zhi)要(yao)求(qiu)日(ri)增(zeng)，使(shi)得(de)以(yi)傳(chuan)統(tong)厚(hou)膜(mo)工(gong)藝(yi)備(bei)製(zhi)的(de)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)逐(zhu)漸(jian)不(bu)敷(fu)使(shi)用(yong)
，因(yin)而(er)發(fa)展(zhan)出(chu)了(le)薄(bo)膜(mo)型(xing)陶(tao)瓷(ci)散(san)熱(re)基(ji)板(ban)
，本(ben)文(wen)將(jiang)針(zhen)對(dui)陶(tao)瓷(ci)散(san)熱(re)基(ji)板(ban)在(zai)厚(hou)膜(mo)與(yu)薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)及(ji)其(qi)產(chan)品(pin)特(te)性(xing)上(shang)的(de)差(cha)異(yi)做(zuo)出(chu)分(fen)析(xi)。



3、陶瓷散熱基板

從傳統的PCB(FR4)板，到現在的陶瓷基板，LED不斷往更高功率的需求發展，現階段陶瓷基板之金屬線路多以厚膜技術成型，然而厚膜印刷的對位精準度使得其無法跟上LED封裝技術之進步
，其主要因素為在更高功率LED元件的散熱設計中，使用了共晶以及覆晶兩種封裝技術，這些技術的導入不但可以使用高發光效率的LED芯xin片pian
，更geng可ke以yi大da幅fu降jiang低di其qi熱re阻zu值zhi並bing且qie讓rang接jie合he度du更geng加jia完wan善shan，讓rang整zheng體ti運yun作zuo的de功gong率lv都dou相xiang對dui的de提ti昇sheng。但dan是shi這zhe兩liang種zhong接jie合he方fang式shi的de應ying用yong都dou需xu要yao擁yong有you精jing確que金jin屬shu線xian路lu設she計ji的de基ji礎chu，因yin此ci以yi曝pu光guang微wei影ying為wei對dui位wei方fang式shi的de薄bo膜mo型xing陶tao瓷ci散san熱re基ji板ban就jiu變bian成cheng為wei精jing準zhun線xian路lu設she計ji主zhu流liu。
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3-1
、厚膜印刷陶瓷基版

厚hou膜mo工gong藝yi大da多duo使shi用yong網wang版ban印yin刷shua方fang式shi形xing成cheng線xian路lu與yu圖tu形xing，因yin此ci
，其qi線xian路lu圖tu形xing的de完wan整zheng度du與yu線xian路lu對dui位wei的de精jing確que度du往wang往wang隨sui著zhe印yin刷shua次ci數shu增zeng加jia與yu網wang版ban張zhang力li變bian化hua而er出chu現xian明ming顯xian的de累lei進jin差cha異yi
，此ci結jie果guo將jiang影ying響xiang後hou續xu封feng裝zhuang工gong藝yi上shang對dui位wei的de精jing準zhun度du；再者，隨著元件尺寸不斷縮小，網版印刷的圖形尺寸與解析度亦有其限製，隨著尺寸縮小，網版印刷所呈現之各單元圖形尺寸差異(均勻性)與金屬厚度差異亦將越發明顯。為了線路尺寸能夠不斷縮小與精準度的嚴格要求下，LEDsanrejibandeshengchanjishushibiyaojixutisheng。yinerbomogongyidedaorujiuchengweilegaishanfangfazhiyi
，ranerguoneiyongyouchengshudetaocijibanbomojinshuhuagongyijishudechangjiaquequzhikeshu。weici，yibomoyuanjianqijiade璦sibaidianzi(ICP)，即針對自家開發之薄膜基板與傳統厚膜基板進行其工藝與產品特性差異分析(如下表二所示)。


3-2
、薄膜工藝應用於陶瓷基板

薄(bo)膜(mo)技(ji)術(shu)的(de)導(dao)入(ru)正(zheng)可(ke)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)線(xian)路(lu)尺(chi)寸(cun)縮(suo)小(xiao)的(de)工(gong)藝(yi)瓶(ping)頸(jing)
，結(jie)合(he)高(gao)真(zhen)空(kong)鍍(du)膜(mo)技(ji)術(shu)與(yu)黃(huang)光(guang)微(wei)影(ying)技(ji)術(shu)，能(neng)將(jiang)線(xian)路(lu)圖(tu)形(xing)尺(chi)寸(cun)大(da)幅(fu)縮(suo)小(xiao)，並(bing)且(qie)可(ke)同(tong)時(shi)符(fu)合(he)精(jing)準(zhun)的(de)線(xian)路(lu)對(dui)位(wei)要(yao)求(qiu)，其(qi)各(ge)單(dan)元(yuan)的(de)圖(tu)形(xing)尺(chi)寸(cun)的(de)低(di)差(cha)異(yi)性(xing)(高均勻性)更是傳統網版印刷所不易達到的結果。在高熱導的要求下，目前璦司柏(ICP)的薄膜工藝技術已能克服現階段厚膜工藝在對位精準度的瓶頸
，圖(二)即為薄膜工藝之簡易流程圖，在空白陶瓷基板上(氧化鋁/氮化鋁)經過前處理之後，鍍上種子層(sputtering)，經過光阻披覆、曝光顯影，再將所需之線路增厚(電鍍/化學鍍)，最後經過去膜
、蝕刻步驟使線路成形
，此工藝所備製之產品具有較高的線路精確度與較佳的金屬鍍層表麵平整度。

圖(三)即(ji)為(wei)璦(璦)司(si)柏(bai)薄(bo)膜(mo)基(ji)板(ban)產(chan)品(pin)與(yu)傳(chuan)統(tong)厚(hou)膜(mo)產(chan)品(pin)的(de)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)光(guang)學(xue)顯(xian)微(wei)圖(tu)像(xiang)。可(ke)明(ming)顯(xian)看(kan)出(chu)厚(hou)膜(mo)印(yin)刷(shua)之(zhi)線(xian)路(lu)，其(qi)表(biao)麵(mian)具(ju)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)坑(keng)洞(dong)且(qie)線(xian)條(tiao)的(de)平(ping)整(zheng)度(du)不(bu)佳(jia)，反(fan)觀(guan)以(yi)薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)製(zhi)備(bei)之(zhi)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)，不(bu)但(dan)色(se)澤(ze)清(qing)晰(xi)且(qie)線(xian)條(tiao)筆(bi)直(zhi)平(ping)整(zheng)。
由以上厚/薄(bo)膜(mo)這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)上(shang)的(de)幾(ji)何(he)精(jing)準(zhun)度(du)差(cha)異(yi)，再(zai)加(jia)上(shang)厚(hou)膜(mo)線(xian)路(lu)易(yi)因(yin)網(wang)版(ban)張(zhang)網(wang)問(wen)題(ti)造(zao)成(cheng)陣(zhen)列(lie)圖(tu)形(xing)的(de)累(lei)進(jin)公(gong)差(cha)加(jia)劇(ju)，使(shi)得(de)厚(hou)膜(mo)印(yin)刷(shua)產(chan)品(pin)在(zai)後(hou)續(xu)芯(xin)片(pian)置(zhi)件(jian)上(shang)
，較(jiao)容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)置(zhi)件(jian)偏(pian)移(yi)或(huo)是(shi)尋(xun)邊(bian)異(yi)常(chang)等(deng)困(kun)擾(rao)。換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)厚(hou)膜(mo)印(yin)刷(shua)產(chan)品(pin)的(de)對(dui)位(wei)及(ji)線(xian)路(lu)的(de)精(jing)準(zhun)度(du)不(bu)夠(gou)精(jing)確(que)
，使(shi)其(qi)限(xian)製(zhi)了(le)芯(xin)片(pian)封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝(yi)的(de)工(gong)藝(yi)裕(yu)度(du)(window)。然而，薄膜工藝產品則能大幅改善其現象。

但從產品成本結構來看，如表二所示薄膜產品的工藝設備(黃光微影)與生產環境(無塵或潔淨室)xiangjiaoyuhoumochanpinqichengbenjiaogao
，ranerbomogongyidejinshuxianluduoyihoutongcailiaoweizhu
，xiangjiaoyuhoumoyinshuazhihouyineryan，cailiaochengbenquexiangduijiaodi，yinci，keyuqidedangliyongbomogongyijiangtaocijibanjinshuhuadechanpin，rijiandadaojingjiguimoshi

，qichengbenjiangzhujianqujinyuhoumochanpin。




3-2-1、氧化鋁陶瓷基板
　　
上述部分是針對工藝不同部份所做的闡述，另一項與散熱息息相關的則是基板材質，LED散(san)熱(re)基(ji)板(ban)所(suo)使(shi)用(yong)之(zhi)材(cai)質(zhi)現(xian)階(jie)段(duan)以(yi)陶(tao)瓷(ci)為(wei)主(zhu)
，而(er)氧(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)應(ying)是(shi)較(jiao)易(yi)取(qu)得(de)且(qie)成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)之(zhi)材(cai)料(liao)
，是(shi)目(mu)前(qian)運(yun)用(yong)在(zai)元(yuan)件(jian)上(shang)的(de)主(zhu)要(yao)材(cai)料(liao)，然(ran)而(er)厚(hou)膜(mo)技(ji)術(shu)或(huo)薄(bo)膜(mo)技(ji)術(shu)在(zai)氧(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)上(shang)製(zhi)備(bei)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)，其(qi)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)與(yu)基(ji)版(ban)的(de)接(jie)著(zhe)度(du)或(huo)是(shi)特(te)性(xing)上(shang)並(bing)無(wu)顯(xian)著(zhe)的(de)差(cha)異(yi)，而(er)兩(liang)種(zhong)工(gong)藝(yi)顯(xian)現(xian)出(chu)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)差(cha)異(yi)則(ze)是(shi)在(zai)線(xian)路(lu)尺(chi)寸(cun)縮(suo)小(xiao)的(de)要(yao)求(qiu)下(xia)，薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)能(neng)提(ti)供(gong)厚(hou)膜(mo)技(ji)術(shu)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)的(de)較(jiao)小(xiao)線(xian)路(lu)尺(chi)寸(cun)與(yu)較(jiao)高(gao)的(de)圖(tu)形(xing)精(jing)準(zhun)度(du)。

3-2-2、氮化鋁陶瓷基板

而在更高功率LED應用的前提下
，具高導熱係數的氮化鋁(170-230W/mK)將是散熱基板的首選材質，但厚膜印刷之金屬層(如高溫銀膠)多需經過高溫(高於800oC)燒結工藝，此高溫燒結工藝於大氣環境下執行易導致金屬線路與氮化鋁基板間產生氧化層，進而影響線路與基板之間的附著性；然而
，薄膜工藝則在300℃以下工藝之條件下備製，無氧化物生成與附著性不佳之疑慮，更可兼具線路尺寸與高精準度之優勢。薄膜工藝為高功率氮化鋁陶瓷LED散熱基板創造更多應用空間。

以上我們已將LED散熱基板在兩種不同工藝上做出差異分析，以薄膜工藝備製陶瓷散熱基板具有較高的設備與技術，需整合材料開發門檻，如曝光、真空沉積
、顯影、蒸鍍(Evaporation)
、濺鍍(Sputtering)dianduyuwudiandudengjishu，yimuqiandeshichangguimo，bomochanpindexiangduichengbenjiaogao，danshiyidanshichangguimodadaoyidingchengdushi，bidinghuifanyingzaichengbenjiegoushang，xiangduidezaijiageshangyuhoumogongyidechayijianghuiyoudafududesuoduan。

在高效能、高產品品質要求與高生產架動的高功率LED陶瓷基板的發展趨勢之下
，高散熱效果、高(gao)精(jing)準(zhun)度(du)之(zhi)薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)的(de)選(xuan)擇(ze)，將(jiang)成(cheng)為(wei)趨(qu)勢(shi)
，以(yi)克(ke)服(fu)目(mu)前(qian)厚(hou)膜(mo)工(gong)藝(yi)產(chan)品(pin)所(suo)無(wu)法(fa)突(tu)破(po)的(de)瓶(ping)頸(jing)。因(yin)此(ci)，可(ke)預(yu)期(qi)的(de)薄(bo)膜(mo)陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)將(jiang)逐(zhu)漸(jian)應(ying)用(yong)在(zai)高(gao)功(gong)率(lv)LED上，並隨著高功率LED的快速發展而達經濟規模
，此時不論高功率LED芯片、薄膜型陶瓷散熱基板、封裝工藝成本等都將大幅降低

，進而更加速高功率LED產品的量化。