淺談高功率LED封裝的陶瓷封裝基板

在LED產業中，如果增加電流強度會使LED發光量成比例增加，可是LED芯片的發熱量也會隨之上升。因為在高輸入領域放射照度呈現飽和與衰減現象，這種現象主要是LED芯片發熱所造成，因此在制造高功率LED芯片時，必須先解決其散熱問題。

白光LED的發熱隨著輸入電流強度的增加而上升，會造成LED芯片的溫升效應，造成光輸出降低，因此LED封裝結構與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過去LED常使用低熱傳導率樹脂封裝，成為了影響LED散熱特性的原因之一，不過，近年來逐漸改用高熱傳導陶瓷，或是設有金屬板的樹脂封裝結構。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片發光效率、采用高取光效率封裝，以及大電流化等方式提高發光強度，常規的樹脂封裝不能滿足苛刻的散熱要求。

以往的傳統高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周圍再包覆樹脂，可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數與LED芯片差異相當大，當溫度變化非常大或是封裝作業不當時極易產生熱歪斜，進而引發芯片瑕疵或是發光效率降低。采用陶瓷封裝基板可以有效地解決熱歪斜問題。這主要是因為LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導率是環氧樹脂的55倍，氮化鋁則是環氧樹脂的400倍，因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導率為200W/mK的鋁，或是熱傳導率為400W/mK的銅質金屬封裝基板。

我們都知道LED的封裝除了保護內部LED芯片之外，還具有將LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產生的光線可以高效率透身到外部，因此封裝必須具備高強度、高絕緣性、高熱傳導性與高反射性，讓人興奮的是陶瓷封裝幾乎具備上述所有特性，再說陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優秀。

未來發展高功率LED芯片時，必然會面臨熱歪斜問題，這是不能忽視的問題。高功率LED的封裝結構，不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細布線技術，而且關于材質的發展，雖然氮化鋁已經高熱傳導化，但高熱傳導與反射率的互動關系卻成為新的問題。如果未來能提高氮化鋁的熱傳導率，并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數的LED芯片時，解決高功率LED的熱歪斜問題就不在話下了。