陶瓷散熱基板與MCPCB的散熱差異分析比

隨著科技日新月異的發展，近年來全球環保的意識抬頭，如何有效開發出節能省電的科技產品已成為現今趨勢。就LED產業而言，慢慢這幾年內成為快速發的新興產業之一，在2010年的中國世博會中可看出LED的技術更是發光異彩，從上游到下游的生產制造，每一環節都是非常重要的角色。

針對LED的發光效率會隨著使用時間的增長與應用的次數增加而持續降低，過高的接面溫度會加速影響其LED發光的色溫品質致衰減，所以接面溫度與LED發光亮度呈現反比的關系。此外，隨著LED芯片尺寸的增加與多晶LED封裝設計的發展，LED載板的熱負荷亦倍增，此時除載板材料的散熱能力外，其材料的熱穩定性便左右了LED產品壽命。簡單的說，高功率LED產品的載板材料需同時具備高散熱與高耐熱的特性，因此封裝基板的材質就成為關鍵因素。

在傳統LED散熱基板的應用上，Metal Core PCB(MCPCB)與陶瓷散熱基板應用范圍是有所區別的，MCPCB主要使用于系統電路板，陶瓷散熱基板則是應用于LED芯片基板，然而隨著LED需求的演化，二者逐漸被應用于COB(Chip ON board)的工藝上，下文將針對此二種材料作進一步討論與比較。

MCPCB

MCPCB主要是從早期的銅箔印刷式電路板(FR4)慢慢演變而成，MCPCB與FR4之間最大的差異是，MCPCB以金屬為核心技術，采用鋁或銅金屬作為電路板之底材，在基板上附著上一層銅箔或銅板金屬板作線路，用以改善散熱不佳等問題。MCPCB的結構圖如圖1所示：

圖1 MCPCB結構圖

因鋁金屬本身具有良好的延展性與熱傳導，結合銅金屬的高熱傳導率，理當有非常良好的導熱/散熱效果。

然而，鋁本身為一導體，基于產品特性，鋁基板與銅之間必須利用一絕緣體做絕緣，以避免銅線路與鋁基板上下導通，故MCPCB多采用高分子材料作為絕緣層材料，但絕緣層(Polymer)熱傳導率僅0.2~0.5W/mK，且有耐熱方面的問題。因此原本熱傳導率極佳的鋁／銅金屬，在加入Polymer后，形成熱阻，大幅的降低基板整體的熱傳導效率，導致MCPCB的熱傳導率僅有1W/mK~2.2W/mK。

近期的研究中，將高導電材料覆合于MCPCB之高分子材料中，雖提升了MCPCB產品的熱傳導率，但其MCPCB整體主軸方向的熱傳導率亦僅能提升致3~5W/mK左右。

然而，在實際應用上，MCPCB也面臨因沖壓分割時造成因金屬延伸(如圖2所示)，此時因金屬銅層受沖壓變形延伸而導致板邊高分子介電絕緣層變形，如此一來，容易使得LED產品的耐壓特性不穩定(介電高分子變形破壞)。

圖2 MCPCB沖壓分割示意圖

陶瓷散熱基板

近期有許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應用，然而LTCC／HTCC二者因采用厚膜工藝備置金屬線路，使得線路精準度不高，加上受限于工藝因素，不利于生產小尺寸的產品，因此LTCC／HTCC現階段工藝能力并不適合小尺寸高功率產品的需求。

另一方面，DBC亦受限于工藝能力，線路分辨率僅適合100~300um，且其量產能力受金屬／陶瓷界面空氣孔洞問題而受限。在陶瓷基板產品的線路精確度、材料散熱系數、金屬表面平整度、金屬／陶瓷間接合覆著度考慮，目前以薄膜微影程制作金屬線的DPC陶瓷基板的應用范疇最廣。

MCPCB與薄陶瓷散熱基板的差異

目前市場上多數還是以MCPCB為主要，其原因成本低廉、一開始的發光效率佳，但其散熱效果較差，且工藝溫度不可超過350℃，故無法應用于高功率LED上，其詳細比較可見表1。

高功率、小尺寸的產品為目前在LED產業所發展的重點，在制作越精細精準度越高之情況下，工藝的能力與技術也是相當重要的環節之一。如何研發出符合市場需求，解決未來產品解決方案，進而發揮出最大的經濟效益并且讓我們的產品更加環保，以符合綠能所需，也是我們著重的課題之一。