高亮度LED封装散热设计全攻略

　　对光而言，基板不是要够透明使其不会阻碍光，就是在发光层与基板之间再加入一个反光性的材料层，以此避免「光能」被基板所阻碍、吸收，形成浪费，例如GaAs基板即是不透光，因此再加入一个DBR（Distributed Bragg Reflector）反射层来进行反光。而Sapphire基板则是可直接反光，或透明的GaP基板可以透光。

　　除此之外，基板材料也必须具备良好的热传导性，负责将裸晶所释放出的热，迅速导到更下层的散热块（Heat Slug）上，不过基板与散热块间也必须使用热传导良好的介接物，如焊料或导热膏。同时裸晶上方的环氧树脂或硅树脂（即是指：封胶层）等也必须有一定的耐热能力，好因应从p-n接面开始，传导到裸晶表面的温度。

　　除了强化基板外，另一种作法是覆晶式镶嵌，将过去位于上方的裸晶电极转至下方，电极直接与更底部的线箔连通，如此热也能更快传导至下方，此种散热法不仅用在LED上，现今高热的CPU、GPU也早就实行此道来加速散热。

　　从传统FR4 PCB到金属核心的MCPCB

　　将热导到更下层后，就过去而言是直接运用铜箔印刷电路板（Printed Circuit Board；PCB）来散热，也就是最常见的FR4印刷电路基板，然而随着LED的发热愈来愈高，FR4印刷电路基板已逐渐难以消受，理由是其热传导率不够（仅0.36W/m.K）。

　　为了改善电路板层面的散热，因此提出了所谓的金属核心的印刷电路板（Metal Core PCB；MCPCB），即是将原有的印刷电路板附贴在另外一种热传导效果更好的金属上（如：铝、铜），以此来强化散热效果，而这片金属位在印刷电路板内，所以才称为「Metal Core」，MCPCB的热传导效率就高于传统FR4 PCB，达1W/m.K∼2.2W/m.K。

　　不过，MCPCB也有些限制，在电路系统运作时不能超过140℃，这个主要是来自介电层（Dielectric Layer，也称Insulated Layer，绝缘层）的特性限制，此外在制造过程中也不得超过250℃；300℃，这在过锡炉时前必须事先了解。

　　附注：虽然铝、铜都是合适的热导热金属，不过碍于成本多半是选择铝材质。

　　IMS强化MCPCB在绝缘层上的热传导

　　MCPCB虽然比FR4 PCB散热效果佳，但MCPCB的介电层却没有太好的热传导率，大体与FR4 PCB相同，仅0.3W/m.K，成为散热块与金属核心板间的传导瓶颈。

　　为了改善此一情形，有业者提出了IMS（Insulated Metal Substrate，绝缘金属基板）的改善法，将高分子绝缘层及铜箔电路以环氧方式直接与铝、铜板接合，然后再将LED配置在绝缘基板上，此绝缘基板的热传导率就比较高，达1.1;2W/m.K，比之前高出3;7倍的传导效率。

　　更进一步的，若绝缘层依旧被认为是导热性不佳，也有直接让LED底部的散热块，透过在印刷电路板上的穿孔（Through Hole）作法，使其直接与核心金属接触，以此加速散热。此作法很耐人寻味，因为过去的印刷电路板不是为插件组件焊接而凿，就是为线路绕径而凿，如今却是为散热设计而凿。

　　结尾

　　除了MCPCB、MCPCB＋IMS法之外，也有人提出用陶瓷基板（Ceramic Substrate），或者是所谓的直接铜接合基板（Direct Copper Bonded Substrate，简称：DBC），或是金属复合材料基板。无论是陶瓷基板或直接铜接合基板都有24∼170W/m.K的高传导率，其中直接铜接合基板更允许制程温度、运作温度达800℃以上，不过这些技术都有待更进一步的成熟观察。

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