陶瓷基板未來最被看好成為主流散熱基板

更新時間:2014-08-24

?概述

  用陶瓷材料加上黏結劑燒結而成的陶瓷基板,具有散熱性佳、耐高溫與耐潮濕等優點,成為高功率LED散熱基板的首選材料。但是由于價格高出傳統基板數倍,因此基本上至今仍然不算是市場主流的散熱型基板。目前陶瓷基板主要的應用市場為要求輕薄短小的可攜式產品,例如筆記本電腦、無線通訊模塊等。

分類

  陶瓷基板的產品依照材料主要可分為兩類,包括氧化鋁與氮化鋁,就技術門坎性而言,以氮化鋁高,氧化鋁較容易,因為氮化鋁的導熱性雖遠優于氧化鋁,但是原料必須經由化學合成。全球氧化鋁陶瓷基板供應廠商,主要掌控在日系廠商,臺灣則有九豪與禾伸堂等。但臺廠由于需要進口氧化鋁粉等原料,生產成本競爭優勢有限,因此未來應考慮開發原料礦源與生產技術。

  不過氧化鋁的導熱特性與效能僅差強人意,為了取代氧化鋁,研究機構與廠商積極找尋替代材料,除了前述的氮化鋁,還包含了硅基板、碳化硅基板、陽極化鋁基板等等,其中硅及碳化硅基板之材料半導體特性,使其現階段發展較嚴苛,而陽極化鋁基板則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導致導通,這也是現階段為何大都采用較成熟且接受度較高的以氮化鋁作為散熱基板的原因。

  LED陶瓷基板依其線路制作方法可區分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷、以及薄膜陶瓷基板3種,厚膜陶瓷基板乃采用網印技術生產,藉由刮刀將材料印制于基板上,經過干燥、燒結、激光等步驟而成;低溫共燒多層陶瓷技術,以陶瓷作為基板材料,將線路利用網印方式印刷于基板上,再整合多層的陶瓷基板,最后透過低溫燒結而成;薄膜散熱基板乃運用濺鍍、電/電化學沉積、以及黃光微影制程制作而成。

  薄膜陶瓷基板特別值得一提,其興起的原因,除了陶瓷基板本身的材料特性問題須考慮之外,LED對基板上金屬線路的線寬、線徑、金屬表面平整度與附著力的要求與日據增,使得以傳統厚膜制程備制的陶瓷基板逐漸不敷使用,例如厚膜制程大多使用網版印刷方式形成線路與圖形,因此,其線路圖形的完整度與線路對位的精確度往往隨著印刷次數增加與網版張力變化而出現明顯的累進差異,此結果將影響后續封裝制程上對位的精準度,且組件持續縮小,網版印刷的圖形尺寸與分辨率亦有其限制。

  薄膜技術的導入正可解決上述線路尺寸縮小的制程瓶頸,結合高真空鍍膜技術與黃光微影技術,能將線路圖形尺寸大幅縮小,并且可同時符合精準的線路對位要求,其各單元的圖形尺寸的低差異性(高均勻性)更是傳統網版印刷所不易達到的結果。

  由厚膜與薄膜產品成本結構來看,薄膜產品的制程設備(黃光微影)與生產環境(無塵或潔凈室),以及整合材料開發門坎,如曝光、真空沉積、顯影、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)電鍍與無電鍍等技術相較于厚膜產品其成本較高,然而薄膜制程的金屬線路多以厚銅材料為主,相較于厚膜印刷之厚銀而言,材料成本卻相對較低,因此,可預期的當利用薄膜制程將陶瓷基板金屬化的產品,日漸達到經濟規模時,其成本將逐漸趨近于厚膜產品。

  但最佳化的路線制作方式搭配材料,即以薄膜制程備制的氮化鋁基板,大幅加速了熱量從LED芯片經由基板材料至系統電路板的效能,因此降低熱量由LED芯片經由金屬線至系統電路板的負擔,達到高熱散的效果。

薄膜氧化鋁陶瓷基板。(ICP TECH)

薄膜氮化鋁陶瓷基板。(ICP TECH)

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