陶瓷散热基板与MCPCB的散热差异分析比较

陶瓷散热基板与MCPCB的散热差异分析比较

随着科技日新月异的发展，近年来全球环保的意识抬头，如何有效开发出节能省电的科技产品已成为现今趋势。就LED产业而言，慢慢这几年内成为快速发的新兴产业之一，在2010年的中国世博会中可看出LED的技术更是发光异彩，从上游到下游的生产制造，每一环节都是非常重要的角色。

针对LED的发光效率会随着使用时间的增长与应用的次数增加而持续降低，过高的接面温度会加速影响其LED发光的色温品质致衰减，所以接面温度与LED发光亮度呈现反比的关系。此外，随着LED芯片尺寸的增加与多晶LED封装设计的发展，LED载板的热负荷亦倍增，此时除载板材料的散热能力外，其材料的热稳定性便左右了LED产品寿命。简单的说，高功率LED产品的载板材料需同时具备高散热与高耐热的特性，因此封装基板的材质就成为关键因素。

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，下文将针对此二种材料作进一步讨论与比较。

MCPCB

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。MCPCB的结构图如图1所示：

图1 MCPCB结构图

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，虽提升了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升致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2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)。

图2 MCPCB冲压分割示意图

陶瓷散热基板

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。

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另一方面，DBC亦受限于工艺能力，线路分辨率仅适合100~300um，且其量产能力受金属／陶瓷界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虑，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。

MCPCB与薄陶瓷散热基板的差异

目前市场上多数还是以MCPCB为主要，其原因成本低廉、一开始的发光效率佳，但其散热效果较差，且工艺温度不可超过350℃，故无法应用于高功率LED上，其详细比较可见表1。

高功率、小尺寸的产品为目前在LED产业所发展的重点，在制作越精细精准度越高之情况下，工艺的能力与技术也是相当重要的环节之一。如何研发出符合市场需求，解决未来产品解决方案，进而发挥出最大的经济效益并且让我们的产品更加环保，以符合绿能所需，也是我们着重的课题之一。