圖6是各種金屬系封裝基板的特性比較,一般而言金屬封裝基板的等價(jià)熱傳導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)大約是2W/m?K,為滿足客戶4~6W/m?K高功率化的需要,業(yè)者已經(jīng)推出等價(jià)熱傳導(dǎo)率超過(guò)8W/m?K的金屬系封裝基板。

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由于硬質(zhì)金屬系封裝基板主要目的是支持高功率LED的封裝,因此各封裝基板廠商正積極開(kāi)發(fā)可以提高熱傳導(dǎo)率的技術(shù)。
硬質(zhì)金屬系封裝基板的主要特征是高散熱性。圖7與圖8是仿真分析LED芯片發(fā)熱量為1W時(shí),2W/m ?K一般封裝基板與8W/m?K超高熱傳導(dǎo)封裝基板正常使用狀態(tài)下的溫度分布特性。
由圖8可知使用高熱傳導(dǎo)性絕緣層封裝基板,可以大幅降低LED芯片的溫度。此外基板的散熱設(shè)計(jì),透過(guò)散熱膜片與封裝基板的組合,還可望延長(zhǎng)LED芯片的使用壽命。
金屬系封裝基板的缺點(diǎn)是基材的金屬熱膨脹系數(shù)非常大,類似低熱膨脹系數(shù)陶瓷系芯片組件焊接時(shí),容易受到熱循環(huán)沖擊,如果高功率LED的封裝使用氮化鋁時(shí),金屬系封裝基板可能會(huì)發(fā)生不協(xié)調(diào)問(wèn)題,因此必需設(shè)法吸收LED模塊的各材料熱膨脹系數(shù)差異造成的熱應(yīng)力,藉此緩和熱應(yīng)力提高封裝基板的可靠性。
可撓曲系基板的特性
可撓曲基板的主要用途大多集中在布線用基板,以往高功率晶體管與IC等高發(fā)熱組件幾乎不使用可撓曲基板,最近幾年液晶顯示器為滿足高輝度化需求,強(qiáng)烈要求可撓曲基板可以高密度設(shè)置高功率LED,然而LED的發(fā)熱造成LED使用壽命降低,卻成為非常棘手的技術(shù)課題,雖然利用鋁板質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)板可以提高散熱性,不過(guò)卻有成本與組裝性的限制,無(wú)法根本解決問(wèn)題。
圖9是高熱傳導(dǎo)撓曲基板的斷面結(jié)構(gòu),它是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結(jié)構(gòu)則與傳統(tǒng)撓曲基板完全相同,不過(guò)絕緣層采用軟質(zhì)環(huán)氧樹(shù)脂充填高熱傳導(dǎo)性無(wú)機(jī)填充物的材料,具有與硬質(zhì)金屬系封裝基板同等級(jí)8W/m?K的熱傳導(dǎo)性,同時(shí)還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導(dǎo)特性與高可靠性(表1),此外可撓曲基板還可以依照客戶需求,將單面單層面板設(shè)計(jì)成單面雙層、雙面雙層結(jié)構(gòu)。

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高熱傳導(dǎo)撓曲基板的主要特征是可以設(shè)置高發(fā)熱組件,并作三次元組裝,亦即它可以發(fā)揮自由彎曲特性,進(jìn)而獲得高組裝空間利用率。
圖10是高熱傳導(dǎo)撓曲基板與傳統(tǒng)聚亞酰胺(Polyi-mide)撓曲基板,設(shè)置1W高功率LED時(shí)的散熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果,聚亞酰胺基板的厚度為25μm,基板的散熱采用自然對(duì)流方式。

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根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示使用高熱傳導(dǎo)撓曲基板時(shí),LED的溫度大約降低100℃,這意味著溫度造成LED使用壽命降低的問(wèn)題可望獲得改善。