裝基板作為L(zhǎng)ED重要構(gòu)件隨著LED芯片技術(shù)的發(fā)展也在發(fā)生變化,目前LED散熱基板主要使用金屬與陶瓷基板。金屬基板以鋁或銅為材料,由于技術(shù)成熟,且具成本優(yōu)勢(shì),目前為一般LED產(chǎn)品所采用。而陶瓷基板線路對(duì)位精確度高,為業(yè)界公認(rèn)導(dǎo)熱與散熱性能極佳材料,是目前高功率LED散熱最適的方案,被包括Cree、歐司朗等國(guó)際大廠和國(guó)內(nèi)瑞豐、國(guó)星等領(lǐng)先企業(yè)導(dǎo)入產(chǎn)品。
目前陶瓷基板在國(guó)內(nèi)外均有小規(guī)模生產(chǎn),其未來(lái)產(chǎn)業(yè)化前景將受到芯片封裝方式的影響,隨著未來(lái)LED芯片封裝向倒裝或垂直技術(shù)方向發(fā)展,陶瓷基板將前景可期。
1、陶瓷基板主要用于高功率LED
LED的散熱會(huì)對(duì)LED芯片的效率、壽命、可靠性等產(chǎn)生重要影響,這就要求LED封裝具有良好的散熱能力。因此,作為L(zhǎng)ED重要構(gòu)件的封裝基板不僅是載片的作用,更是散熱的重要通道之一,它的結(jié)構(gòu)和材料在散熱過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。隨著LED芯片技術(shù)的發(fā)展,LED
產(chǎn)品的封裝結(jié)構(gòu)從引腳式封裝結(jié)構(gòu)到表面貼裝式(SMD)封裝結(jié)構(gòu)再到功率型封裝結(jié)構(gòu),LED的封裝基板也從傳統(tǒng)的玻璃環(huán)氧樹(shù)脂,發(fā)展到如今主流的金屬材料,而近年來(lái)陶瓷基板的出現(xiàn),對(duì)鋁基板的地位形成了一定的沖擊。
目前,LED散熱基板主要使用金屬與陶瓷基板。金屬基板以鋁或銅為材料,由于技術(shù)成熟,且具成本優(yōu)勢(shì),目前為一般LED產(chǎn)品所采用。而陶瓷基板線路對(duì)位精確度高,為業(yè)界公認(rèn)導(dǎo)熱與散熱性能極佳材料,是目前高功率LED散熱最適方案,雖然成本比金屬基板來(lái)得高,但照明要求的散熱性及穩(wěn)定性高于筆記本電腦、電視等電子產(chǎn)品,因此,包括Cree、歐司朗、飛利浦及日亞化等國(guó)際大廠,都使用陶瓷基板作為L(zhǎng)ED晶粒散熱材質(zhì)。國(guó)內(nèi)瑞豐、國(guó)星、
鴻利、晶科、英特萊等都有導(dǎo)入陶瓷封裝。
由于高分子絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)較低,同時(shí)耐熱性能較差,如果要提高鋁金屬基板的整體導(dǎo)熱性能及耐熱性能,需要替換掉絕緣材料,但是絕緣材料的啟用,使得同線路無(wú)法自傲鋁金屬基板之上布置,所以目前直接提高鋁金屬基板的導(dǎo)熱系數(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而陶瓷散熱基板,其具有新的導(dǎo)熱材料和新的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以消除鋁金屬基板所具有的缺陷,從而改善基板的整體散熱效果。下表為陶瓷散熱基板與金屬散熱基板比較。
表1 LED陶瓷散熱基板生產(chǎn)流程
2、不同種類的陶瓷基板均有工藝瓶頸需要跨越
目前市場(chǎng)上的陶瓷散熱基板種類很多,工藝也不盡相同,廠家根據(jù)LED產(chǎn)品的散熱需要選擇合適的散熱基板,最終在散熱性能和成本上達(dá)到最好的綜合效果。
陶瓷散熱基板根據(jù)材料分有主要有氧化鋁基板和氮化鋁基板,根據(jù)結(jié)構(gòu)分主要有單層基板和多層基板(兩層)?,F(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有LTCC(低溫共燒多層陶瓷基板)、HTCC(高溫共燒多層陶瓷)、DBC(直接接合銅基板)、DPC(直接鍍銅基板)四種,其中HTCC屬于較早期發(fā)展之技術(shù),但由于其較高的工藝溫度(1300~1600℃),使其電極材料的選擇受限,且制作成本相當(dāng)昂貴,這些因素促使LTCC的發(fā)展,LTCC雖然將共燒溫度降至約850℃,但其尺寸精確度、產(chǎn)品強(qiáng)度等技術(shù)上的問(wèn)題尚待突破。而DBC與DPC則為近幾年才開(kāi)發(fā)成熟,且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術(shù),但對(duì)于許多人來(lái)說(shuō),此兩項(xiàng)專業(yè)的工藝技術(shù)仍然很陌生,甚至可能將兩者誤解為同樣的工藝。
DBC是利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結(jié)合,其技術(shù)瓶頸在于不易解決Al2O3與Cu板間微氣孔產(chǎn)生之問(wèn)題,這使得該產(chǎn)品的產(chǎn)能與良率受到較大的挑戰(zhàn),而DPC技術(shù)則是利用直接披覆技術(shù),將Cu沉積于Al2O3基板之上,該工藝結(jié)合了材料與薄膜工藝技術(shù),其產(chǎn)品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板,然而其材料控制與工藝技術(shù)整合能力要求較高,這使得跨入DPC產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門(mén)檻相對(duì)較高。
表2 陶瓷散熱基板特性比較
目前,國(guó)外的陶瓷基板生產(chǎn)廠家包括美國(guó)
Lamina公司、杜邦公司,日本住友金屬電子器件株式會(huì)社、日本友華公等,國(guó)內(nèi)易美芯光、研創(chuàng)光電等企業(yè)也均有生產(chǎn),其中康弛光電科技有限公司聯(lián)合中科院上海硅酸鹽研究所,歷時(shí)兩年共同研發(fā)并獲得國(guó)家實(shí)用新型專利的全新K9-H陶瓷LED復(fù)合散熱材料,成功應(yīng)用于LED燈泡上并已于去年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
3、新型垂直和倒裝芯片的封裝需要使用陶瓷基板
硅襯底垂直芯片在封裝時(shí),一般采用陶瓷基板作為熱導(dǎo)和電性載體,可以獲得優(yōu)越的熱電效應(yīng)。在倒裝芯片封裝時(shí),可選取陶瓷基板作為熱導(dǎo)和電性載體以獲得優(yōu)越的熱電效應(yīng),當(dāng)然也可以用金屬銅作為基板,這主要取決于誰(shuí)能更好的解決燈具的三人問(wèn)題。目前中國(guó)LED芯片95%的主流應(yīng)用市場(chǎng)為正裝芯片,業(yè)內(nèi)人士(映瑞光電科技(上海)有限公司技術(shù)副總張宇在上?!笆濉彪娮有畔⒆剷?huì)發(fā)言)認(rèn)為“十三五”期間,國(guó)內(nèi)LED用倒裝和垂直芯片的需求量會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)至目前下游應(yīng)用市場(chǎng)的20%-30%。
因此,倒裝或垂直技術(shù)的發(fā)展對(duì)陶瓷基板來(lái)說(shuō),有著絕對(duì)的好處,并且陶瓷在未來(lái)的倒裝或垂直封裝工藝中將會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。此外,在1-5W的功率范圍內(nèi),陶瓷封裝也會(huì)存有優(yōu)勢(shì),例如3535這類的器件,可以直接Molding,用聚光杯將它Molding在陶瓷基板上面。封裝方式的改變,進(jìn)而引發(fā)基板材料的變化,因此倒裝芯片的封裝方式或許也將引發(fā)一場(chǎng)新一代配套基板材料的變革。
4、陶瓷基板未來(lái)成本有待壓縮,前景可期
當(dāng)前導(dǎo)致基板市場(chǎng)價(jià)格各異的主要因素,是其采用原材料的差異。例如目前市場(chǎng)主要分為鋁基板、陶瓷基板及銅基板,同時(shí)在普通鋁基板的基礎(chǔ)上,當(dāng)前市場(chǎng)又逐步延生出鏡面鋁基板。鋁基、陶瓷基、銅基三者相比,應(yīng)該是銅基價(jià)格最貴,但是目前市面上銅基板已不多見(jiàn),其因價(jià)格過(guò)高,導(dǎo)致性價(jià)比偏低。陶瓷基比鋁基略貴,并且當(dāng)前市面上應(yīng)用最多的應(yīng)為鋁基,但是目前市面上均在研發(fā)陶瓷基板,其成本也在逐步下降。目前,鋁基板約為400元每平方,銅基板約為800-900元每平方,純陶瓷基板約為500元每平方,印上銀電路后為1000元每平方,價(jià)格略高。
當(dāng)國(guó)內(nèi)封裝企業(yè)剛涉足顯示及背光領(lǐng)域的時(shí)候,科銳的大功率陶瓷封裝光源橫空出世,當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)也掀起一陣投身大功率陶瓷封裝的浪潮,此后投身其中的各大國(guó)內(nèi)封裝企業(yè)均以失敗告終,主要原因包括:國(guó)產(chǎn)封裝技術(shù)的不成熟、原材料陶瓷基板依賴進(jìn)口供貨難,以及品牌知名度的欠缺。進(jìn)入2015年以來(lái),隨著國(guó)產(chǎn)倒裝芯片的逐步成熟,對(duì)陶瓷基板的市場(chǎng)需求擴(kuò)大。此外,材料成本的大幅下跌以及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)陶瓷基板企業(yè)的增多,對(duì)于國(guó)內(nèi)陶瓷封裝從業(yè)者而言,似乎又看到了久違的春天。與此同時(shí),伴隨著CSP技術(shù)而催生的新興市場(chǎng),除去原有的傳統(tǒng)戶外照明市場(chǎng)及強(qiáng)光手電筒市場(chǎng)外,大功率陶瓷封裝也開(kāi)始向汽車大燈、Flash
LED、紫外 LED等領(lǐng)域逐步滲透。因而,其前景看來(lái)十分值得期待。