LED导、散热之热通路无胶水化制程

LED怕热是业界众所皆知之事，因为热会影响LED的光衰及寿命。今天在此介绍一种 LED 应用产品之组装新工艺——LED导、散热之热通路无胶水化制程，与诸位读者共享!

目前LED 应用产品的组装(包括用料、组装方法与步骤)大致如下：

1、将LED光源(主要是贴片式SMD LED，如Luminleds Luxeon、 Cree X Lamp等)以锡焊方法固定于铝基板上。

2、铝基板涂抹导热膏(或使用导热硅胶片)后再以螺丝固定于散热机构件(主要是散热鳍片)上。

胶水是一种高分子化合物，通常受温度、水分、紫外线等诸多因素影响而变质，还会随着时间而劣化，以至于影响其导热功效。

由上述结构与制程可知：自LED晶粒产生热能后，不断传递热能至散热鳍片，散热鳍片再与空气交换热量，其LED导、散热的热通路常存有3层胶水：

1、第一层胶水：固晶胶；

2、第二层胶水：铝基板中铜箔与铝板的导热黏着胶；

3、第三层胶水：铝基板涂抹导热膏(或使用导热硅胶片)。

图1 一般的导、散热结构

固晶胶

市场上LED封装多以固晶胶将晶粒黏结于支架(或固晶座、固晶基板)上。无论固晶胶选用导电胶或非导电胶(又称绝缘胶)，都具有胶水成份和胶的特质。

为提升封装的导热效果，有业者改以共晶制程取代固晶胶制程，如Cree，也有封装业者以锡膏经回流焊制程取代固晶胶制程。以上两者，无论是共晶制程，亦或是以锡膏经回流焊制程以取代固晶胶制程，都是为了避免使用胶水。

铝基板中铜箔与铝板的导热黏着胶

铝基板结构是通过导热黏着胶将铝基板成份的铜箔与铝板黏着结合。其中，依导热黏着胶的导热系数值差异又区分为：低导热铝基板、中导热铝基板、高导热铝基板、超高导热铝基板等不同等级。但铝基板始终脱离不了存有导热黏着胶的胶水成份。

铝基板涂抹导热膏(或使用导热硅胶片)

为使铝基板与散热机构件(主要是散热鳍片)紧密结合，并从铝基板与散热机构件的间隙排除对其导热功效有极大影响的空气，LED应用厂商组装时通常在铝基板涂抹导热膏后再以螺丝固定于散热机构件上来应对。

图2 独创的导、散热结构(使用高温陶瓷基板DBC+焊锡制程，导热通路完全不使用胶水)为解决胶水对LED应用厂商的长期困扰，将一般的LED导、散热的热通路常存的3层胶水分别以不同的材料、不同的制程替代，即LED导、散热之热通路无胶水化制程。其对策及说明如下：

1、对于第一层的固晶胶，以共晶制程或锡膏经回流焊制程取代，这两种方法都可以避免使用固晶胶。

2、将第二层铝基板中铜箔与铝板的导热黏着胶的铝基板以高温陶瓷基板(DBC：Direct Bonding Copper)取代(如图3)。

高温陶瓷基板(DBC : Direct Bonding Copper )在陶瓷的上、下面先覆以铜箔，后经摄氏1100+度高温烧结，使铜箔与陶瓷产生共晶现象烧制而成 (此高温烧结制程有别于以导热黏着胶黏着铜箔与陶瓷，在鱼目混珠、滥竽充数的劣质陶瓷基板营销市场上，采购时不得不谨慎小心!)。

首先，由于高温陶瓷基板DBC经摄氏1100+度高温烧结而成，铜箔与陶瓷的接着面形成优异的化学键结(如图3)，使其除具备优异的撕裂强度外，还保有陶瓷原有的耐电压、绝缘性能、稳定性等各种特性。因此，高温陶瓷基板与铝基板相比，不仅免除了铝基板内使用胶水的隐患，而且其它诸如撕裂强度、耐电压、绝缘性能、稳定性等特性亦优于铝基板。

其次，高温陶瓷基板 DBC的两面都是铜箔，因此无论哪一面用来做印刷电路板的布线加工，或在后制程与散热机构件做焊锡作业，都具备优异的制程加工性能。

另外，高温陶瓷基板DBC与LED晶粒(Chip)有相近似的热膨胀系数(CTE)，因此有些LED封装业者正着手开发将高温陶瓷基板DBC作为固晶座(或固晶基板)使用，即将LED晶粒(Chip)直接固着于高温陶瓷基板DBC上。

图3 高温陶瓷基板DBC的纵剖面结构

3、以焊锡制程取代第三层的铝基板涂抹导热膏(或使用导热硅胶片)。

由于高温陶瓷基板(DBC)的两面都是铜箔，铜箔具备极佳的可焊锡性能。所以，只要将与高温陶瓷基板(DBC)做接合的散热机构件做完成可焊锡性能处理，则高温陶瓷基板(DBC)即可与后制程的散热机构件做焊锡作业。

总结

胶水耐候性能差，随着时间的推移，会吸收空气中的水分而不断地劣化，降低其导热性能，是LED应用产品的一大隐忧。热通路无胶水化制程的用料是金属及陶瓷(高温陶瓷基板(DBC))，材料稳定性能高，较能承受温度、水份、紫外线等影响，随时间推移而劣化程度低，其导热功效较不受环境与时间影响。而且无论是金属还是陶瓷，其导热系数都优于胶水，热通路无胶水化制程的初始导热能力胜过热通路用胶水制程。