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一、前言
随着全球环保意识的提高，节能？省电成为现在的趋势。LED产业是近年来最受关注的产业之一。截至目前，LED产品已经具有节能、省电、高效、反应时间快、寿命长、不含水银、环保效果等优点。但是，通常LED高输出产品的输入功率约为20%能量转换成光，剩余80%的电能被转换成热能。
一般来说，如果不能导出LED发光时产生的热能，则LED结面温度过高影响产品生命周期、发光效率、稳定性，LED结面温度、发光效率及寿命的关系，以下使用关系图进一步说明。
图1是LED结面温度与发光效率的关系图，当结面温度从25°C上升到100°C时，其发光效率从20%衰减到75%，其中黄色的光的75%最为严重。另外，LED的动作环境温度越高，其产品寿命也越低如图二，动作温度从63°C上升到74°C时，LED的平均寿命减少3/4。因此，为了提高LED的发光效率，LED系统的热分散管理和设计成为重要课题，在理解LED散热问题之前，必须理解该散热路径，并进一步改善散热瓶颈。
二、LED散热路径
根据不同的包装技术，散热方法也不同，LED各种散热方法可以在图3中示出。
图3LED的散热路径的示意图。（散热路径说明：）
1.空气中的散热
2.热能直接从Systemcircuitboard导出
3.通过铁丝导出热能
4.如果是共晶和Flipchip工艺，热能通过通孔导出到系统基板）
一般来说，LED微粒（Die）如金线、共晶或覆晶那样连接在该基板上（SubstratofLEDDie）、一LED芯片（chip）形成之后，将LED芯片固定在系统的电路基板上circuitboard。因此，LED可能的散热路径如图3的路径1所示那样直接从空气中散热，或者经由LED结晶颗粒基板向系统电路基板散热大气环境。另一方面，散热从系统基板到大气环境的速度取决于发光灯具或整个系统的设计。
然而，在现阶段，系统整体的散热瓶颈中的许多是LED从颗粒向基板传递热量，以系统电路基板为主。如图3的路径2所示，该部分的可能的散热路径之一是将颗粒基板直接放热到系统电路基板上，并且在该散热路径中，颗粒基板材料的热分散能力是相当重要的参数。另一方面，LED产生的热量也通过电极金属导线到达系统电路基板，一般地，当以金线方式进行电极接合时，散热受金属线自身细长的几何形状的限制（图3的路径3所示）。因此，近来有共晶Eutectic或覆晶Flipchip接合方式，通过该设计，引线长度大幅减少，引线截面积大幅增加，由此LED从电极引线到系统基板的散热效率有效地提高（图3）路径4所示）。
通过以上的散热路径解释，发现散热基板材料的选择及其LED微粒的封装方式在LED热分散管理中占有非常重要的一部分，在后一级LED对散热基板进行概要说明。
三、LED散热基板
LED散热基板主要通过其散热基板材料本身具有良好的导热性，从LED颗粒导出热源。因此，根据LED散热路径描述，LED可以将散热基板细分为（1）LED结晶粒基板和（2）系统电路基板的两种，这两种不同的散热基板分别承担LED结晶粒和LED芯片使LED结晶粒发光时产生的热能LED通过微粒将基板向系统电路基板散热，然后由大气环境吸收，实现热分散的效果。
1.系统基板
系统电路板主要作为LED散热系统，最后将热能引导到散热片、外壳或大气中的材料。近年来印刷电路板PCB的生产技术非常熟练，初期LED产品的系统基板多以PCB为主，但是随着高输出LED的需求增加，PCB的材料的散热能力有限，不能应用于该高劳动率产品，为了改善高输出LED的散热问题最近高热导系数铝基板MCPCB发展起来，利用金属材料的散热特性的出色特色，达到了高输出产品散热的目的。但是，LED随着亮度和效率的要求持续发展，系统基板能够将LED芯片产生的热有效地散热到大气环境，但是LED由微粒产生的热能不能从微粒有效地传导到系统基板。在下一节中，LED更深入地研究颗粒基板。
2.LED结晶颗粒基板
LED微粒基板主要通过打线、共晶或覆晶的过程与LED微粒结合，作为LED微粒与系统电路基板之间的热能导出的介导。另一方面，从散热的观点来看，目前市面上销售的LED微粒基板主要以陶瓷基板为主，通过线路制备方法，大致分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷和薄膜陶瓷基板3种，在传统的高输出LED组件中厚膜或低温共烧陶瓷基板作为结晶粒散热基板，并且多以金打线方式LED结合结晶粒和陶瓷基板。如上所述，该金线连接限制了沿着电极触点散热的效率。因此，近年来国内外的大工厂都在努力解决这个问题。
作为该解决方式，是寻找包含硅基板、碳化硅基板、阳极化铝基板或氮化铝基板的高散热系数的基板材料，而不是氧化铝，硅和碳化硅基板的材料半导体特性在现阶段面临严峻的考验，但是阳极化铝基板由于其阳极化氧化层的强度不足由于裂纹容易导通，且在实用上受到限制，所以现阶段成熟，通常接受度高的是氮化铝作为散热基板。但是，现在，氮化铝基板不适用于以往的厚膜处理（在银橡胶印刷后必须经过850°C的大气热处理，发生材料可靠性的问题），因此氮化铝基板线路需要通过膜处理制备。通过膜工艺制备的氮化铝基板，从LED结晶粒通过基板材料大幅度加速向系统电路基板的热的效率，因此LED从结晶粒通过金属线大幅度降低对系统电路基板的热的负担，实现高热分散的效果。
另一个热分散的解决方案是LED用共晶或覆晶将结晶粒和其基板连接起来，由此，通过电极线对系统电路基板的散热效率大幅增加。然而，该过程对基板的布线精度和基板线路表面的平坦度有极高的要求，厚膜和低温共烧陶瓷基板的精准度受制程网版张网问题以及烧结收缩比例的问题不充分。为了解决这个问题，现阶段多导入胶片陶瓷基板。薄膜陶瓷基板黄光采用微阴影方式制备电路，以电镀或化学镀方式增加线路厚度，使该产品具有高线路精度和高平坦度的特性。共晶/覆晶制程辅助薄膜陶瓷散热基板电位无疑大大提高LED的发光功率和产品寿命。
近年来，随着铝基板的开发，系统电路基板的散热问题逐渐改善，被开发成可弯曲的软式电路基板。另一方面，LED结晶基板也逐渐朝着降低其热阻的方向努力，以下表1是目前在国内常见的系统电路基板以及LED结晶基板的种类和主要供给者。
表1LED散热基板的种类及主要供应商
基板种类特色主供给者系统电路基板硬式印刷电路板˙ 技术熟练，在线路layout上有优势。˙散热性差，尺寸大˙只适用于低输出产品佳总、竞国、雅新软式印刷电路板。˙轻量、挠性、厚度薄˙传导率约2~3W/mK聚鼎、新扬州科高热导系数铝基板˙印刷电路板将下层变更为铝材料铝基板˙传导率约1~2.2 W/mK˙高输出LED适用于产品连茂、聚鼎、佳总、先丰DCB˙热传导率）高，约200~800W/mK，导热性好˙制造工序的难度高，不容易批量生产工研院材化所LED微粒基板陶瓷基板（（Al2O3/AIN）˙散热性优秀，热传导率约24~170W/mK˙厚度薄、尺寸小˙使用寿命长，耐腐蚀性，耐高温，物理特性稳定˙高输出LED九豪、瑷司柏、同欣、禾伸堂、、适用于渗出37588；鑫薄膜陶瓷基板˙最大操作温度达到800°C，适合高操作温度和工艺温度的环境。˙散热性优异，导热系数约24~170W/mK瑷司柏，同欣
四、LED陶瓷散热基板的介绍
如何减小LED微粒陶瓷散热基板的热阻是目前LED提高发光效率的最主要的课题之一，如果根据该线路制作方法能够分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷和薄膜陶瓷基板3种分别如下说明。
1.厚膜陶瓷基板厚膜陶瓷基板是使用丝网印刷技术生产的，通过刀片将材料印刷在基板上，经过干燥、烧结、激光等工序制作而成，现在国内厚膜陶瓷基板的主要制造商是禾伸堂、九豪等。一般来说，用网印方式制作的线路，由于网板张网的问题，容易发生线路粗、定位不正确的现象。因此，对于未来尺寸要求越来越小、线路越来越精细的高输出LED产品或要求精确的对准的共晶或覆晶过程LED的产品，厚膜陶瓷基板的精度逐渐不足。
2.低温共烧多层陶瓷低温共烧多层陶瓷技术，将陶瓷作为基板材料，将线路以网印方式印刷在基板上，将多层陶瓷基板再集成，最后通过低温烧结完成，其中国内主要厂家有代码电子、辛等公司。另一方面，低温共烧多层陶瓷基板的金属线路层也通过网印刷过程制作，同样有可能产生张网问题引起的对位误差，另外，考虑多层陶瓷重复烧结后其收缩比例的问题。因此，如果将低温共烧多层陶瓷用于线对准精度要求共晶/覆晶LED的产品，则会变得更严格。
3.由于厚膜制程张网问题的改善以及多层重复烧结后收缩比例的问题，薄膜陶瓷基板最近被开发为LED结晶颗粒的散热基板。使用溅镀、电学/电化学沉积和黄光微影工艺制成膜散热基板，具有（1）低温工艺（300°C以下），避免高温材料的破坏和尺寸变异的可能性；（2）黄光使用微阴影过程使基板上的线路更准确。（3）由于具有金属线路难以脱落等特征，所以薄膜陶瓷基板适用于高输出、小尺寸、高亮度的LED以及对准精度高共晶/覆晶的封装过程。现在，在国内主要是与瑷司柏电子同欣电等公司，具备专业胶卷陶瓷基板的生产能力。
五、国际大工厂LED产品发展趋势
现在LED产品的发展趋势，从LED各包装大工厂最近发表的LED产品的电力和尺寸的观察可知，高功率、小尺寸的产品现在是LED产业的发展重点，使用陶瓷散热基板作为LED微粒的散热路径。因此，陶瓷散热基板在高功率小尺寸LED的产品结构中是相当重要的一环，以下表2简单总结了国内外主要LED产品的发展近况和产品类别。
表二国内外主要LED产品发展近况和产品类别
六、结论
LED为了提高发光效率和使用寿命，LED解决产品的散热问题是现阶段最重要的课题之一，LED产业的发展也将高输出、高亮度、小尺寸LED产品作为发展的重点，因此提供具有该高散热性、精密尺寸的散热基板将来LED成为散热基板的发展趋势。在现阶段，氧化铝利用氮化铝基板替代基板、用共晶或覆晶过程置换金线的结晶粒/基板结合方式LED实现发光效率的提高是开发的主流。在这种发展趋势中，对于散热基板自身的线路位置精度的要求极其严格，并且需要高度的散热性、小尺寸、金属线路附着性良好等特色，因此黄光使用微阴影制作薄膜陶瓷散热基板，成为促进向高输出提高的重要触媒。
