陶瓷散熱基板與Metal Core PCB的散熱差異到底在哪里？

隨著科技日新月異的發展，近年來全球環保的意識抬頭，如何有效開發出節能省電的科技產品已成為現今趨勢。就LED產業而言，慢慢這幾年內成為快速發的新興產業之一，在2010年的中國世博會中可看出LED的技術更是發光異彩，從上游到下游的生產製造，每一環節都是非常重要的角色。針對LED的發光效率會隨著使用時間的增長與應用的次數增加而持續降低，過高的接面溫度會加速影響其LED發光的色溫品質致衰減，所以接面溫度與LED發光亮度呈現反比的關係。此外，隨著LED晶粒尺寸的增加與多晶LED封裝設計的發展，LED載板的熱負荷亦倍增，此時除載板材料的散熱能力外，其材料的熱穩定性便左右了LED產品壽命。簡單的說，高功率LED產品的載板材料需同時具備高散熱與高耐熱的特性，因此封裝基板的材質就成為關鍵因素。在傳統LED散熱基板的應用上，METAL CORE PCB(MCPCB)與陶瓷散熱基板應用範圍是有所區別的，MCPCB主要使用於系統電路板，陶瓷散熱基板則是應用於LED晶粒基板，然而隨著LED需求的演化，二者逐漸被應用於COB(CHIP ON BOARD)的製程上，下文將針對此二種材料作進一步討論與比較。

MCPCB:
MCPCB主要是從早期的銅箔印刷式電路板(FR4)慢慢演變而成，MCPCB與FR4之間最大的差異是，MCPCB以金屬為核心技術，採用鋁或銅金屬作為電路板之底材，在基板上附著上一層銅箔或銅板金屬板作線路，用以改善散熱不佳等問題。MCPCB的結構圖如圖一所示：

                           
                          圖二、MCPCB 沖壓分割示意

陶瓷散熱基板:
近期有許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應用，然而LTCC／HTCC二者因採用厚膜製程備置金屬線路，使得線路精準度不高，加上受限於製程因素，不利於生產小尺寸的產品，因此LTCC／HTCC現階段製程能力並不適合小尺寸高功率產品的需求。另一方面，DBC亦受限於製程能力，線路解析度僅適合100~300UM，且其量產能力受金屬／陶瓷介面空氣孔洞問題而受限。在陶瓷基板產品的線路精確度、材料散熱系數、金屬表面平整度、金屬／陶瓷間接合覆著度考量，目前以薄膜微影程製作金屬線的DPC陶瓷基板的應用範疇最廣。

MCPCB&薄陶瓷散熱基板的差異:
目前市場上多數還是以MCPCB為主要，其原因成本低廉、一開始的發光效率佳，但其散熱效果較差，且製程溫度不可超過350℃，故無法應用於高功率LED上，其詳細比較可見表一。

                    表一、MCPCB&薄陶瓷散熱基板的差異

MCPCB 

 

  ●其結構為在厚度可為0.35~11.5MM的AL2O3基板上與下表面，備製一厚度在10~70 ΜM的金屬層(CU/NI/AU、AG、CU/AU等)。 ●以介金屬材料AL2O3基板與金屬層，其材料 傳導效果佳，導熱率為22~27 W/MK。 ●AL2O3基板材質之熱穩定性極佳，提供優良 的材料高溫熱穩定性與高絕緣阻抗。

高功率、小尺寸的產品為目前在LED產業所發展的重點，在製作越精細精準度越高之情況下，製程的能力與技術也是相當重要的環節之一。如何研發出符合市場需求，解決未來產品解決方案，進而發揮出最大的經濟效益並且讓我們的產品更加環保，以符合綠能所需，也是我們著重的課題之一。