LED新應用帶動封裝基板新革命--高功率LED基板未來展望

前言：

一般使用的功率或是低功率LED封裝，普通電子業界用的PCB版及可以滿足需求，但是隨著市場需求的層次擴大，迎接高功率的時機到來，PCB基板漸漸的不敷使用...

內文：

在LED產業前景一片看好時，高功率LED是目前大家關注的焦點，發展高功率的利基點，除了考量台灣產業本身的結構鏈、高功率的組態和散熱方式、散熱基板的發展背景以及目前散熱基板的技術演進。

LED散熱的原理與結構

高功率的LED，所輸入能源只有20%轉化成光，其餘的都以熱的形態消耗掉，若這些熱能未能及時的排出外界，那麼LED的壽命就會因此大打折扣。那麼LED的熱能是如何排出的呢？LED散熱能力通常受照封裝模式、及使用材質的導熱性所影響，熱的散逸途徑不外乎傳導、對流、輻射這3大類，而LED的封裝材料裡積聚的熱能，大部分是以傳導方散出，所以封裝方式和材質選用就相當關鍵。

傳統砲彈型封裝，以插件式運用，廣泛運在家電或是通訊產品的指示燈，常看到的顏色多為紅、黃、綠色光等，但因為大部分LED產生的熱只能藉由2根導線，往組裝的基板上導熱，散熱效果不佳。

平板型的封裝方式，因為整體與基板貼合，整體導熱面積增加，加上近年來基板材質已針對散熱，作許多研發與改良，LED運用也就更為廣泛。


圖說：傳統與新型態的封裝方式。(資料來源：http://www.lumileds.com/)

LED散熱基板的種類

目前常見的基板種類有，硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料。硬式印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)，多用於各項電子基板，最常見到的就是電腦內部的各項元件，如主機板、顯示卡、音效卡…等。台灣發展了30多年，有完整的體系，從上游到下游，有助於LED基板的發展。

傳統的PCB板，無法乘載高功率的熱能，發展仍停在低功率的LED，但由於轉型、投資、技術等其他考量，並不會往高功率的LED生產研發方向規劃，而會以現有的機台、或是利用其它電子基板技術轉移到LED運用上，達到降低成本、提高效率目的。

高熱導係數鋁基板(Metal Core PCB；MCPCB)，，是以PCB將下方基材改為鋁合金，一般來說純鋁的散熱系數k(W/mK)較鋁合金高，但由於純鋁的硬度不高造成使用上的困難，所以會以鋁合金的型式，來製作基板。

在MCPCB國內廠商發展出不同型態的種類，有以軟板取代氧化鋁板方式，發揮高效能的散熱，也有的廠商改變樹脂配方，不但將塗佈的關鍵技術提升，也顧慮到基材的環保問題。


圖說：傳統電子零件用PCB板與LED用PCB板，在材料本質上架構相同，但為了達到不同用途，還是會有微小差異。(許家銘 攝)

陶瓷基板目前有3大類，Al2O3(氧化鋁)、LTCC(低溫共燒陶瓷)、AlN(氮化鋁)，技術門檻性而言，但AlN最高、LTCC次之。
由陶瓷燒結而成得LED基板，有散熱性佳、耐高溫、耐潮濕等優點。但是價格高出傳統基板數倍，所以至今仍不是散熱型基板主要元件，但若不考慮價格因素，陶瓷基板是為最佳首選。

未來需要耐高溫的LED，會以需長時間照明的路燈、需強光照明的醫療燈具...等用途為主，陶瓷基板的優勢，要選擇需高度散熱的商品，且需有完備規格，才能符合生產效益比，才會有前景。


圖說：不同種類陶瓷基板，以瓦數、內部顏色元件作區分。(許家銘 攝)

軟式印刷電路板(FPC)具有重量輕、可撓性、厚度薄、運用空間靈活等優點，熱傳導系數優於傳統PCB基板或是MCPCB基板，且應用面積大於陶瓷基板。


圖說：軟性電路板的基本結構，由膠片組成，具有高度可曲撓性，可以用於狹窄空間中。(資料來源：http://www.mektec.com.tw)


圖說：軟性電路板已廣為運用在LED基板上，其柔軟特色，可簡單組裝在空間狹小的電器內。(許家銘 攝)

金屬複合技術，學理上熱傳導率高、導熱性好，工研院曾發表過相關技術，但相關技術仍處於實驗階段，良率偏低，目前在市場並沒有正式生產。

目前市場LED基板選用方式

PCB板屬於低功率LED封裝，而大於1W(瓦)則以MCPCB為主，以億光電子為例，並沒有著重在任何基板種類，而完全是以市場需求和產品特性區分，用適合的素材匹配出最合宜的商品。相對於億光這類生產多元商品的公司，禾伸堂則把主力放於陶瓷基板產品，一類由公司自行設計規格佔總體10%，其餘佔90%則是由下游廠商委託製造。軟板具有可曲撓性，可應用於特殊結構，且熱導率與MCPCB接近，特別適用在小體積、需折疊類型的商品。

LED散熱基板的市場需求量，預估2009年會迅速的膨脹，相機閃光燈、手機面板背光、按鍵，車用燈、顯示器、筆記型電腦、桌上型顯示器、電視的背光源，以及室內照明、路燈...等。都將由LED扮演要角，在未來的商機非常可觀。