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陶瓷散热基板应用范围与区别
2021-11-22
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在传统LED散热基板的应用上,Metal Core PCB(MCPCB)与陶瓷散热基板应用范围是有所区别的,MCPCB主要使用于系统电路板,陶瓷散热基板则是应用于LED芯片基板,然而随着LED需求的演化,二者逐渐被应用于COB(Chip on board)的工艺上。

dpc工艺又称直接镀铜陶瓷基板,在制作中首先将陶瓷基板进行前处理清洗,利用真空溅射方式处理基板表面沉积Ti/Cu层作为种子层,接着以光刻、显影、刻蚀工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀方式增加线路厚度,待光刻胶去除后完成基板制作。dpc陶瓷基板成品厚度是板材厚度中加上工艺层厚度,在常规板材厚度有0.25mm~3.0mm,不过通常厚度是0.25mm、0.38mm、0.635mm、0.8mm、1.0mm等。其实陶瓷基板厚度除了基材厚度有包括线路、阻焊、铜厚、表面处理(沉金、镀金)等厚度。

MCPCB主要是从早期的铜箔印刷式电路板(FR4)慢慢演变而成,MCPCB与FR4之间最大的差异是,MCPCB以金属为核心技术,采用铝或铜金属作为电路板之底材,在基板上附着上一层铜箔或铜板金属板作线路,用以改善散热不佳等问题。

因铝金属本身具有良好的延展性与热传导,结合铜金属的高热传导率,理当有非常良好的导热/散热效果,然而,铝本身为一导体,基于产品特性,铝基板与铜之间必须利用一绝缘体做绝缘,以避免铜线路与铝基板上下导通,故MCPCB多采用高分子材料作为绝缘层材料,但绝缘层(Polymer)热传导率仅0.2~0.5W/mK,且有耐热方面的问题。

因此原本热传导率极佳的铝/铜金属,在加入Polymer后,形成热阻,大幅的降低基板整体的热传导效率,导致MCPCB的热传导率仅有1W/mK~2.2W/mK。近期的研究中,将高导电材料覆合于MCPCB之高分子材料中,虽提了MCPCB产品的热传导率,但其MCPCB整体主轴方向的热传导率亦仅能提致3~5W/mK左右。然而,在实际应用上,MCPCB也面临因冲压分割时造成因金属延伸(如图二所示),此时因金属铜层受冲压变形延伸而导致板边高分子介电绝缘层变形,如此一来,容易使得LED产品的耐压特性不稳定(介电高分子变形破坏)。

近期有许多以陶瓷材料作为高功率LED散热基板之应用,然而LTCC/HTCC二者因采用厚膜工艺备置金属线路,使得线路精准度不高,加上受限于工艺因素,不利于生产小尺寸的产品,因此LTCC/HTCC现阶段工艺能力并不适合小尺寸高功率产品的需求。另一方面,DBC亦受限于工艺能力,线路解析度仅适合100~300um,且其量产能力受金属/陶瓷介面空气孔洞问题而受限。在陶瓷基板产品的线路精确度、材料散热系数、金属表面平整度、金属/陶瓷间接合覆着度考量,目前以薄膜微影程制作金属线的DPC陶瓷基板的应用范畴最广。

其实LED多采用陶瓷基板做成芯片,以实现更好的导热性能,另外,还有其它电子设备也可以做到陶瓷基板芯片,例如大功率电力半导体模块、半导体制冷器、电子加热器、功率控制电路、功率混合电路、智能功率组件、高频开关电源、汽车电子、太阳能电池板组件、激光等工业电子。

由于小尺寸的陶瓷基板芯片(小于3mm*3mm)通过技术也能实现小尺寸集成电路的封装,所以对于集成电路的应用也是很大,毕竟集成电路的发展具备着精密化、微型化等特征。

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