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散热基板之厚膜与薄膜制程差异剖析

来源:http://www.ssjiaj.com 责任编辑:ag88环亚 2018-09-27 22:39

  散热基板之厚膜与薄膜制程差异剖析

  LED模块如今很多运用在电子相关产品上,跟着运用规划扩展以及照明体系的不断提高,约从1990年开端高功率化的要求急速上升,特别是以白光高功率型式的需求最大,现在的照明体系上所运用之LED功率现已不只1W、3W、5W乃至抵达10W以上,所以散热基板的散热效能俨然成为最重要的议题。影响LED散热的首要要素包含了LED晶粒、晶粒载板、芯片封装及模块的原料与规划,而LED及其封装的资料所累积的热能八成都是以传导办法散出,所以LED晶粒基板及LED芯片封装的规划及原料就成为了首要的要害。

  散热基板关于LED模块的影响

   LED从1970年今后开端出现红光的LED,之后很快的演进到了蓝光及绿光,初期的运用八成是在一些标明上,如家电用品上的指示,到了2000年开端,白光高功率LED的出现,让LED的运用开端进入另一阶段,像是野外大型看版、小型显示器的背光源等 (如图一),但跟着高功率的快速演进,估计从2010年之后,车用照明、室内及特别照明的需求量日增,可是这些高功率的照明设备,其散热效能的要求也越益苛刻,因陶瓷基板具有较高的散热才能与较高的耐热、气密性,因而,陶瓷基板为现在高功率LED最常运用的基板资料之一。

  

  

  可是,现在市面上较常见的陶瓷基板多为LTCC或厚膜技能制成的陶瓷散热基板,此类型产品受网版印刷技能的预备瓶颈,使得其对位精准度上无法合作更高阶的焊接,共晶(Eutectic)或覆晶(Flip chip) 封装办法,而运用薄膜制程技能所开发的陶瓷散热基板则供给了高对位精准度的产品,以因应封装技能的开展。

  散热基板的挑选

  就LED晶粒承载基板的开展上,以承载晶粒而言,传统PCB的基板原料具有高度商业化的特征,在LED开展初期有着适当的影响力。可是,跟着LED功率的提高,LED基板的散热才能,便成为其重要的资料特性之一,为此,陶瓷基板逐步成为高效能LED的首要散热基板资料(如表一所示),并逐步被商场承受进而广泛运用。近年来,除了陶瓷基板自身的资料特性问题须考虑之外,对基板上金属线路之线宽、线径、金属外表平坦度与附着力之要求日增,使得以传统厚膜制程备制的陶瓷基板逐步不足运用,因而开展出了薄膜型陶瓷散热基板,ag88环亚娱乐手机登录商场饱满 LED本文将针对陶瓷散热基板在厚膜与薄膜制程及其产品特性上的差异做出剖析。

  表一、各类资料散热系数

  

  陶瓷散热基板

  从传统的PCB(FR4)板,到现在的陶瓷基板,LED不断往更高功率的需求开展,现阶段陶瓷基板之金属线路多以厚膜技能成型,可是厚膜印刷的对位精准度使得其无法跟上LED封装技能之前进,其首要要素为在更高功率LED组件的散热规划中,运用了共晶以及覆晶两种封装技能,这些技能的导入不光可以运用高发光功率的LED晶粒,更可以大幅下降其热阻值而且让接合度愈加完善,让全体运作的功率都相对的提高。可是这两种接合办法的运用都需求具有准确金属线路规划的根底,因而以曝光微影为对位办法的薄膜型陶瓷散热基板就变成为精准线路规划干流。

  厚膜印刷陶瓷基版

  厚膜制程大多运用网版印刷办法构成线路与图形,因而,其线路图形的完好度与线路对位的准确度往往跟着印刷次数添加与网版张力改变而出现显着的累进差异,此成果将影响后续封装制程上对位的精准度;再者,跟着组件尺度不断缩小,网版印刷的图形尺度与分辨率亦有其约束,跟着尺度缩小,网版印刷所出现之各单元图形尺度差异(均匀性)与金属厚度差异亦将越发显着。为了线路尺度可以不断缩小与精准度的严格要求下,LED散热基板的出产技能必然要继续提高。因而薄膜制程的导入就成为了改进办法之一,可是国内具有老练的陶瓷基板薄膜金属化制程技能的厂家却寥寥无几。为此,以薄膜组件发家的瑷司柏电子(ICP),即针对自家开发之薄膜基板与传统厚膜基板进行其制程与产品特性差异剖析(如下表二所示)。

  

  

  

表二 薄膜与厚膜制程产品之差异剖析

  薄膜制程运用于陶瓷基板

  薄膜技能的导入正可处理上述线路尺度缩小的制程瓶颈,结合高真空镀膜技能与黄光微影技能,能将线路图形尺度大幅缩小,而且可一起契合精准的线路对位要求,其各单元的图形尺度的低差异性(高均匀性)更是传统网版印刷所不易到达的成果。在高热导的要求下,现在瑷司柏(ICP)的薄膜制程技能已能战胜现阶段厚膜制程在对位精准度的瓶颈,图(二)即为薄膜制程之简易流程图,在空白陶瓷基板上(氧化铝/氮化铝)通过前处理之后,镀上种子层(sputtering),通过光阻披覆、曝光显影,再将所需之线路增厚(电镀/化学镀),最终通曩昔膜、蚀刻过程使线路成形,此制程所备制之产品具有较高的线路准确度与较佳的金属镀层外表平坦度。图(三)即为瑷司柏薄膜基板产品与传统厚膜产品的金属线路光学显微图画。可显着看出厚膜印刷之线路,其外表具有显着的坑洞且线条的平坦度欠安,反观以薄膜制程制备之金属线路,不光色泽明晰且线条垂直平坦。

  由以上厚/薄膜这些金属线路上的几许精准度差异,再加上厚膜线路易因网版张网问题形成数组图形的累进公役加重,使得厚膜印刷产品在后续芯片置件上,较简单形成置件偏移或是寻边反常等困扰。换句话说厚膜印刷产品的对位及线路的精准度不行准确,使其约束了芯片封装制程的制程裕度(window)。可是,薄膜制程产品则能大幅改进其现象。

  但从产品本钱结构来看,如表二所示薄膜产品的制程设备(黄光微影)与出产环境(无尘或洁净室)相较于厚膜产品其本钱较高,可是薄膜制程的金属线路多以厚铜资料为主,相较于厚膜印刷之厚银而言,资料本钱却相对较低,因而,可预期的当运用薄膜制程将陶瓷基板金属化的产品,日渐到达经济规划时,其本钱将逐步趋近于厚膜产品。

  

  

图二、薄膜制程流程

图三、厚膜与薄膜线路差异

  氧化铝陶瓷基板

  上述部分是针对制程不同部份所做的论述,另一项与散热休戚相关的则是基板原料,LED散热基板所运用之原料现阶段以陶瓷为主,而氧化铝陶瓷基板应是较易获得且本钱较低之资料,是现在运用在组件上的首要资料,可是厚膜技能或薄膜技能在氧化铝陶瓷基板上制备金属线路,其金属线路与基版的接着度或是特性上并无明显的差异,而两种制程显现出最首要的差异则是在线路尺度缩小的要求下,薄膜制程能供给厚膜技能无法到达的较小线路尺度与较高的图形精准度。

  而在更高功率LED运用的前提下,具高导热系数的氮化铝(170-230W/mK)将是散热基板的首选原料,但厚膜印刷之金属层(如高温银胶)多需通过高温(高于800oC)烧结制程,此高温烧结制程于大气环境下履行易导致金属线路与氮化铝基板间发生氧化层,进而影响线路与基板之间的附着性;可是,薄膜制程则在300℃以下制程之条件下备制,无氧化物生成与附着性欠安之疑虑,更可兼具线路尺度与高精准度之优势。薄膜制程为高功率氮化铝陶瓷LED散热基板发明更多运用空间。

  定论

  以上咱们已将LED散热基板在两种不同制程上做出差异剖析,以薄膜制程备制陶瓷散热基板具有较高的设备与技能,需整合资料开发门坎,如曝光、真空堆积、显影、蒸镀(Evaporation)、溅镀(Sputtering)电镀与无电镀等技能,以现在的商场规划,薄膜产品的相对本钱较高,可是一旦商场规划到达必定程度时,必定会反映在本钱结构上,相对的在价格上与厚膜制程的差异将会有大幅度的缩短。

  在高效能、高产品质量要求与高出产架动的高功率LED陶瓷基板的开展趋势之下,高散热作用、高精准度之薄膜制程陶瓷基板的挑选,将成为趋势,以战胜现在厚膜制程产品所无法打破的瓶颈。因而,可预期的薄膜陶瓷基板将逐步运用在高功率LED上,并跟着高功率LED的快速开展而达经济规划,此刻不管高功率LED晶粒、薄膜型陶瓷散热基板、封装制程本钱等都将大幅下降,进而愈加快高功率LED产品的量化。

  

   散热基板厚膜薄膜制程

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