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未来的LED将会采用DPC陶瓷基板进行封装

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-7-8     浏览次数:    
  跟着LED芯片输入功率的不时前进,大耗散功率带来的大发热量给LED封装材料提出了更新、更高的恳求。在LED散热通道中,封装基板是联接表里散热通路的关键环节,兼有散热通道、电路联接和对芯片中止物理支撑的功用。对高功率LED产品来讲,其封装基板恳求具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热缩短系数等特性。
  树脂基封装基板:配套本钱高前进尚有难度
  EMC和SMC对模压成型设备恳求高,一条模压成型消费线价钱在1000万元左右,大范围前进尚有难度。
  近几年鼓起的贴片式LED支架一般选用高温改性工程塑胶料,以PPA(聚邻苯二甲酰胺)树脂为质料,通过增加改性填料来加强PPA质料的某些物理、化学性质,从而使PPA材料愈加合适注塑成型及贴片式LED支架的运用。PPA塑料导热功能很低,其散热首要通过金属引线框架中止,散热才干有限,只适用于小功率LED封装。
  跟着业界对LED散热的注重,两种新的热固性塑胶料——环氧塑封料(EMC)和片状模塑料(SMC)被引进贴片式LED支架中。EMC是以高功能酚醛树脂为固化剂、导热系数较高的硅微粉等为填料、多种助剂混配而成的粉状模塑料。SMC首要是由30%左右的不饱和树脂、40%左右的玻璃纤维、无机填料以及其他增加剂组成。这两种热固性模塑料热固化温度在150℃左右,通过改性后导热系数可达4W/(m·K)~7W/(m·K),与PPA塑胶相比有较大前进,但缺点是活动性与导热性较难统筹,固化成型时硬渡过高,简单发生裂纹和毛刺。EMC和SMC固化时间长,成型功率相对较低,对模压成型设备、模具及其他配套设备的恳求适当高,一条模压成型及配套消费线价钱在1000万元左右,大范围前进尚有难度。
  金属芯印刷电路板:制作工艺杂乱实践使用较少
  铝基板的加工制作进程杂乱、本钱高,铝的热缩短系数与芯片材料相差较大,实践使用中较少选用。
  跟着LED封装向薄型化及低本钱化方向展开,板上芯片(COB)封装技能逐渐鼓起。现在,COB封装基板大多运用金属芯印刷电路板,高功率LED封装大多选用此种基板,其价钱介于中、高价位间。

  当时消费上通用的大功率LED散热基板,其绝缘层导热系数极低,并且因为绝缘层的存在,使得其无法接受高温焊接,限制了封装结构的优化,不利于LED散热。


<a href='/' style='color:blue;'>DPC陶瓷</a>基板


  怎么前进环氧绝缘层的导热系数成为现阶段铝基板的研讨热门。现在选用的是一种掺有高热传导性无机填充物(比如陶瓷粉末)的改性环氧树脂或环氧玻璃布黏结片,通过热压把铜箔、绝缘体以及铝板黏结起来。现在国际上曾经开宣布一种“全胶铝基板”,选用全胶的铝基板的热阻可以做到0.05K/W。此外,我国台湾的一家公司最近开宣布一品种钻碳材料DLC,并将其使用于高亮度LED封装铝基板的绝缘层。DLC有许多优胜的材料特性:高热传导率、热均匀性与高材料强度等。因而,以DLC替代传统金属基印刷电路板(MCPCB)的环氧树脂绝缘层,有望极大前进MCPCB的热传导率,但其实践运用作用还有待商场检测。
  一种功能更好的铝基板是直接在铝板上生成绝缘层,然后印制电路。选用这种方法的最大优点是别离力强,并且导热系数高达2.1W/(m·K)。但这种铝基板的加工制作进程杂乱、本钱高,并且,金属铝的热缩短系数与芯片材料相差较大,器材作业时热循环常会发生较大应力,最终或许引起失效,因而在实践使用中较少选用。
  硅基封装基板:面临应战良品率低于60%
  硅基板在绝缘层、金属层、导通孔的制备方面都面临应战,良品率不逾越60%。
  以硅基材料作为LED封装基板技能,近几年逐渐从半导体业界引进到LED业界。硅基板的导热功能与热缩短功能都标明了硅是与LED较匹配的封装材料。硅的导热系数为140W/m·K,使用于LED封装时,所构成的热阻只需0.66K/W;并且硅基材料已被大量使用在半导体制程及相关封装领域,所触及相关设备及材料已适当老练。因而,若将硅制作成LED封装基板,简单构成量产。
  不过,LED硅基板封装仍有许多技能问题。例如,材料方面,硅材简单碎裂,且组织强度也有问题。结构方面,硅虽然是优异导热体,但绝缘性不良,必需做氧化绝缘处置。此外,其金属层需选用溅镀别离电镀的方式制备,导电孔需选用腐蚀的方法中止。总体看来,绝缘层、金属层、导通孔的制备都面临应战,良品率不高。现在虽有一些台湾企业开宣布LED硅基板并量产,但良品率不逾越60%。
  陶瓷封装基板:提高散热功率满足高功率LED需求
  配合高导热的陶瓷基体,DPC明显提高了散热功率,是最合适高功率、小尺寸LED展开需求的产品。
  陶瓷散热基板具有新的导热材料和新的内部结构,补偿了铝金属基板所具有的缺点,从而改进基板的整体散热作用。现在可用作散热基板的陶瓷材料中,BeO当然导热系数高,但其线缩短系数与硅(Si)相差很大,且制作时有毒,限制了自身的使用;BN具有较好的综合功能,但作为基板材料,没有杰出的优点,并且价钱昂贵,现在仅仅处于研讨和推广中;碳化硅(SiC)具有高强度和高热导率,但其电阻和绝缘耐压值较低,金属化后键合不稳定,会惹起热导率和介电常数的改动,不宜作为绝缘性封装基板材料。Al2O3陶瓷基片虽是现在产量最多、使用最广的陶瓷基片,但因为其热缩短系数相对Si单晶偏高,引起Al2O3陶瓷基片并不太合适在高频、大功率、超大范围集成电路中运用。A1N晶体具有高热导率,被以为是新一代半导体基板和封装的理想材料。
  AlN陶瓷材料从20世纪90年代初步得到遍及地研讨而逐渐展开起来,是现在遍及以为很有展开前景的电子陶瓷封装材料。AlN陶瓷基板的散热功率是Al2O3基板的7倍之多,AlN基板使用于高功率LED的散热效益明显,进而大幅提高LED的运用寿数。AlN基板的缺点是即使表面有十分薄的氧化层也会对热导率发生较大影响,只需对材料和工艺中止严峻操控才干制作出分歧性较好的AlN基板。现在大范围消费AlN还不老练,相较于现在使用遍及的Al2O3基板,AlN基板的本钱约为Al2O3基板的3~5倍。但将来若能量产,AlN基板的本钱可快速降落,届时散热效益强大的AlN基板将有时机替代Al2O3基板。
  现阶段使用于LED封装的陶瓷基板按制备技能可分为HTCC、LTCC、DBC、DPC4种。HTCC又称高温共烧多层陶瓷,其首要材料为熔点较高但导电性较差的钨、钼、锰等金属,制作本钱高昂,现在较少选用。LTCC又称为低温共烧多层陶瓷基板,其热传导率为2W/(m·K)~3W/(m·K)左右,与现有铝基板相比并没有太大优势。此外,LTCC因为选用厚膜印刷技能完成线路制作,线路表面较为粗糙,对位不精准。并且,多层陶瓷叠压烧结工艺还有缩短比例的问题,这使得其工艺解析度遭到限制,LTCC陶瓷基板的推广使用遭到极大应战。
  根据板上封装技能而展开起来的直接覆铜陶瓷板(DBC)也是一种导热功能优异的陶瓷基板。DBC基板在制备进程中没有运用黏结剂,因此导热功能好,强度高,绝缘性强,热缩短系数与Si等半导体材料相匹配。可是,陶瓷基板与金属材料的反应才干低,潮湿性差,实施金属化较为困难,不易处理Al2O3与铜板间微气孔发生的问题,这使得该产品的量产与良品率遭到较大的应战,依然是国表里科研作业者研讨的重点。
  DPC陶瓷基板又称直接镀铜陶瓷板,DPC产品具备线路精准度高与表面平整度高的特性,十分适用于LED覆晶/共晶工艺,配合高导热的陶瓷基体,明显提高了散热功率,是最适合高功率、小尺寸LED开展需求的陶瓷散热基板。
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