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導熱劑廠家對比分析四種功率型LED封裝基板

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發表時間:2017-08-24 15:12來源:金戈新材料

  功率型LED封裝基板作為熱與空氣對流的載體,其熱導率對LED的散熱起著決定性作用。DPC陶瓷基板以其優秀的功用和逐漸下降的價格,在很多電子封裝材猜中顯示出很強的競爭力,是未來功率型LED封裝開展的趨勢。跟著科學技能的開展、新制備工藝的呈現,高導熱陶瓷材料作為新型電子封裝基板材料,運用遠景十分寬廣。


  跟著LED芯片輸入功率的不斷進步,大耗散功率帶來的大發熱量給LED封裝材料提出了更新、更高的要求。在LED散熱通道中,封裝基板是銜接表里散熱通路的關鍵環節,兼有散熱通道、電路銜接和對芯片進行物理支撐的功用。對高功率LED產品來講,其封裝基板要求具有高電絕緣性、高導熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數等特性。


樹脂基封基板


  樹脂基封裝基板:配套本錢高遍及尚有難度


  EMC和SMC對模壓成型設備要求高,一條模壓成型出產線價格在1000萬元左右,大規模遍及尚有難度。


  近幾年鼓起的貼片式LED支架一般選用高溫改性工程塑膠料,以PPA(聚鄰苯二甲酰胺)樹脂為質料,經過增加改性填料來增強PPA質料的某些物理、化學性質,然后使PPA資料愈加合適注塑成型及貼片式LED支架的運用。PPA塑料導熱功用很低,其散熱首要經過金屬引線結構進行,散熱才能有限,只適用于小功率LED封裝。


  跟著業界對LED散熱的重視,兩種新的熱固性塑膠料——環氧塑封料(EMC)和片狀模塑料(SMC)被引進貼片式LED支架中。EMC是以高功用酚醛樹脂為固化劑、導熱系數較高的硅微粉等為填料、多種助劑混配而成的粉狀模塑料。SMC首要是由30%左右的不飽和樹脂、40%左右的玻璃纖維、無機填料以及其他增加劑組成。這兩種熱固性模塑料熱固化溫度在150℃左右,經過改性后導熱系數可達4W/(m·K)~7W/(m·K),與PPA塑膠比較有較大進步,但缺陷是流動性與導熱性較難統籌,固化成型時硬度過高,簡單發生裂紋和毛刺。EMC和SMC固化時間長,成型功率相對較低,對模壓成型設備、模具及其他配套設備的要求適當高,一條模壓成型及配套出產線價格在1000萬元左右,大規模遍及尚有難度。


  金屬芯印刷電路板:制造工藝雜亂實踐運用較少


  鋁基板的加工制造進程雜亂、本錢高,鋁的熱膨脹系數與芯片資料相差較大,實踐運用中較少選用。


  跟著LED封裝向薄型化及低本錢化方向開展,板上芯片(COB)封裝技能逐漸鼓起?,F在,COB封裝基板大多運用金屬芯印刷電路板,高功率LED封裝大多選用此種基板,其價格介于中、高價位間。


  當時出產上通用的大功率LED散熱基板,其絕緣層導熱系數極低,并且因為絕緣層的存在,使得其無法承受高溫焊接,約束了封裝結構的優化,不利于LED散熱。


  怎么進步環氧絕緣層的導熱系數成為現階段鋁基板的研討熱門?,F在選用的是一種摻有高熱傳導性無機填充物(比如陶瓷粉末)的改性環氧樹脂或環氧玻璃布黏結片,經過熱壓把銅箔、絕緣體以及鋁板黏結起來?,F在國際上已經開宣布一種“全膠鋁基板”,選用全膠的鋁基板的熱阻能夠做到0.05K/W。此外,我國臺灣的一家公司最近開宣布一種類鉆碳資料DLC,并將其運用于高亮度LED封裝鋁基板的絕緣層。DLC有許多優越的資料特性:高熱傳導率、熱均勻性與高資料強度等。因而,以DLC替代傳統金屬基印刷電路板(MCPCB)的環氧樹脂絕緣層,有望極大進步MCPCB的熱傳導率,但其實踐運用作用還有待商場檢測。


  一種功用更好的鋁基板是直接在鋁板上生成絕緣層,然后印制電路。選用這種辦法的最大長處是結合力強,并且導熱系數高達2.1W/(m·K)。但這種鋁基板的加工制造進程雜亂、本錢高,并且,金屬鋁的熱膨脹系數與芯片材料相差較大,器材作業時熱循環常會發生較大應力,終究可能導致失效,因而在實踐運用中較少選用。


  硅基封裝基板:面對挑戰良品率低于60%


  硅基板在絕緣層、金屬層、導通孔的制備方面都面對應戰,良品率不超越60%。


  以硅基材料作為LED封裝基板技術,近幾年逐漸從半導體業界引進到LED業界。硅基板的導熱功用與熱膨脹功用都表明晰硅是與LED較匹配的封裝資料。硅的導熱系數為140W/m·K,運用于LED封裝時,所造成的熱阻只要0.66K/W;并且硅基材料已被很多運用在半導體制程及相關封裝范疇,所觸及相關設備及材料已適當老練。因而,若將硅制造成LED封裝基板,簡單構成量產。


  不過,LED硅基板封裝仍有許多技能問題。例如,材料方面,硅材簡單碎裂,且組織強度也有問題。結構方面,硅盡管是優秀導熱體,但絕緣性不良,有必要做氧化絕緣處理。此外,其金屬層需選用濺鍍結合電鍍的辦法制備,導電孔需選用腐蝕的辦法進行。整體看來,絕緣層、金屬層、導通孔的制備都面對應戰,良品率不高?,F在雖有一些臺灣企業開宣布LED硅基板并量產,但良品率不超越60%。


  陶瓷封裝基板:提高散熱功率滿意高功率LED需求


  合作高導熱的陶瓷基體,DPC明顯提高了散熱功率,是最合適高功率、小尺度LED開展需求的產品。


  陶瓷散熱基板具有新的導熱材料和新的內部結構,彌補了鋁金屬基板所具有的缺陷,然后改善基板的整體散熱作用?,F在可用作散熱基板的陶瓷材猜中,BeO盡管導熱系數高,但其線膨脹系數與硅(Si)相差很大,且制造時有毒,約束了本身的運用;BN具有較好的歸納功用,但作為基板資料,沒有杰出的長處,并且價格昂貴,現在僅僅處于研討和推行中;碳化硅(SiC)具有高強度和高熱導率,但其電阻和絕緣耐壓值較低,金屬化后鍵合不穩定,會引起熱導率和介電常數的改動,不宜作為絕緣性封裝基板材料。Al2O3陶瓷基片雖是現在產值最多、運用最廣的陶瓷基片,但因為其熱膨脹系數相對Si單晶偏高,導致Al2O3陶瓷基片并不太合適在高頻、大功率、超大規模集成電路中運用。A1N晶體具有高熱導率,被認為是新一代半導體基板和封裝的抱負材料。


  AlN陶瓷資料從20世紀90年代開端得到廣泛地研討而逐漸開展起來,是現在遍及認為很有開展遠景的電子陶瓷封裝資料。AlN陶瓷基板的散熱功率是Al2O3基板的7倍之多,AlN基板運用于高功率LED的散熱效益明顯,進而大幅提高LED的運用壽命。AlN基板的缺陷是即便外表有十分薄的氧化層也會對熱導率發生較大影響,只要對材料和工藝進行嚴格控制才能制造出一致性較好的AlN基板?,F在大規模出產AlN還不老練,相較于現在運用遍及的Al2O3基板,AlN基板的本錢約為Al2O3基板的3~5倍。但未來若能量產,AlN基板的本錢可快速下降,到時散熱效益強壯的AlN基板將有時機替代Al2O3基板。


  現階段運用于LED封裝的陶瓷基板按制備技能可分為HTCC、LTCC、DBC、DPC4種。HTCC又稱高溫共燒多層陶瓷,其首要資料為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬,制造本錢高昂,現在較少選用。LTCC又稱為低溫共燒多層陶瓷基板,其熱傳導率為2W/(m·K)~3W/(m·K)左右,與現有鋁基板比較并沒有太大優勢。此外,LTCC因為選用厚膜印刷技能完結線路制造,線路外表較為粗糙,對位不精準。并且,多層陶瓷疊壓燒結工藝還有縮短份額的問題,這使得其工藝解析度遭到約束,LTCC陶瓷基板的推行運用遭到極大應戰。


  基于板上封裝技能而開展起來的直接覆銅陶瓷板(DBC)也是一種導熱功用優秀的陶瓷基板。DBC基板在制備進程中沒有運用黏結劑,因而導熱功用好,強度高,絕緣性強,熱膨脹系數與Si等半導體資料相匹配。但是,陶瓷基板與金屬材料的反響才能低,潤濕性差,施行金屬化較為困難,不易解決Al2O3與銅板間微氣孔發生的問題,這使得該產品的量產與良品率遭到較大的應戰,仍然是國表里科研作業者研討的要點。


  DPC陶瓷基板又稱直接鍍銅陶瓷板,DPC產品具備線路精準度高與外表平整度高的特性,十分適用于LED覆晶/共晶工藝,合作高導熱的陶瓷基體,明顯提高了散熱功率,是最合適高功率、小尺度LED開展需求的陶瓷散熱基板。


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