兩岸LED業(yè)者攻克大功率LED照明散熱難關(guān)

隨著LED照明的需求日趨迫切，高功率LED的散熱問題益發(fā)受到重視，因為過高的溫度會導致LED發(fā)光效率衰減；LED運作所產(chǎn)生的廢熱若無法有效散出，則會直接對LED的壽命造成致命性的影響，因此，近年來高功率LED散熱問題的解決成為許多相關(guān)業(yè)者的研發(fā)標的。

對于大功率照明LED散熱技術(shù)，各家公司可說是各顯神通，例如臺灣的光?？萍急惆l(fā)展出‘COHS封裝散熱技術(shù)’，光海科技是利用本身載板設計能力的優(yōu)勢，將LED直接封裝在高導熱性的銅基座上，銅的高導熱性就如同散熱器的角色，再加上以電路設計及自有工藝克服絕緣膜與銅材質(zhì)間的附著性問題，便發(fā)展出所謂的COHS技術(shù)(Chips On Heat Sink)，并已擁有47項COHS相關(guān)專利。

COHS散熱技術(shù)前景可期

光?？萍急硎?，該公司的‘COHS散熱技術(shù)’有別于傳統(tǒng)COB封裝方式，省去了芯片與基座間不必要的熱阻材，且采用比鋁的導熱性更佳的銅做為基板，而針對60W以上的燈芯模塊，更加入了均溫板的概念，能將熱能更快速地傳導開來。整體而言，此技術(shù)的優(yōu)點包括模塊熱阻低、容易控制結(jié)面溫度、可提供量測結(jié)面溫度的測試點、具低成本包裝的結(jié)構(gòu)、安裝簡易、散熱效果佳等等。目前光?？萍嫉漠a(chǎn)品已實際應用在山東省慶云縣的LED路燈工程、北京市大興區(qū)LED路燈工程及各式室內(nèi)、室外照明等。

在日前于韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)大學中舉辦的新產(chǎn)品測試中，光?？萍?20瓦(W)模塊的電極溫度約為攝氏70度，其他公司60瓦等級模塊的電極溫度卻高達攝氏150度，后者的功率未及光海產(chǎn)品一半，電極溫度卻高出許多，足見光海散熱技術(shù)的優(yōu)勢。據(jù)了解，為求進軍韓國市場，光?？萍紝⑼顿Y1,000萬美元于南韓京畿道建設產(chǎn)線。

COHS散熱技術(shù)是采用銅基板，目前另一頗受注目的散熱技術(shù)則是采用陶瓷基板，由陶瓷基板的成本頗具競爭力，且具有與半導體有接近的熱膨脹系數(shù)與高耐熱能力，能有效地解決熱歪斜及高溫工藝問題，因此?，F(xiàn)階段許多公司紛紛投入陶瓷基板技術(shù)的研發(fā)，例如同欣電子。

陶瓷基板散熱

同欣電子總經(jīng)理劉煥林便表示，LED陶瓷基板將是同欣電子未來的主要成長動能。該公司的產(chǎn)品為DPC陶瓷基板?，F(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有HTCC、LTCC、DBC、DPC四種，其中，DPC(Direct Plate Copper)是將陶瓷基板利用真空濺鍍鍍上銅層，再利用顯影工藝制造線路，其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù)，為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。

基本上，LED散熱基板主要分為金屬與陶瓷基板。金屬基板以鋁或銅為材料，由于技術(shù)成熟，且具成本優(yōu)勢，目前為一般LED產(chǎn)品所采用。而陶瓷基板線路對位精確度高，為業(yè)界公認導熱與散熱性能極佳材料，是目前高功率LED散熱最適方案，雖然成本比金屬基板來得高，但照明要求的散熱性及穩(wěn)定性高于筆記本電腦、電視等電子產(chǎn)品，因此，包括Cree、歐司朗、飛利浦及日亞化等國際大廠，都使用陶瓷基板作為LED晶粒散熱材質(zhì)。

比較各種陶瓷散熱技術(shù)，其中，HTCC(高溫共燒多層陶瓷基板)屬于較早期發(fā)展之技術(shù)，但由于其較高的工藝溫度(1300到1600℃)，使其電極材料的選擇受限，且制作成本相當昂貴，目前漸漸被LTCC取代。此外，DPC陶瓷基板導熱效果又優(yōu)于低溫陶瓷共燒(LTCC)與散熱鋁基板，因此DPC陶瓷基板散熱技術(shù)近年頗受看好，同欣電子表示，該公司目前陶瓷基板仍供不應求，產(chǎn)能方面鶯歌廠月產(chǎn)能30萬片(每片為4吋×4吋，每片顆數(shù)為440到890顆(視設計而定)，菲律賓廠月產(chǎn)能10萬片，近期將有5萬片新產(chǎn)能加入，整體而言，由于LED取代傳統(tǒng)照明為未來趨勢，因此同欣電子將長期獲益自此一應用。

被動組件業(yè)者順勢跨入

看好陶瓷基板在LED散熱的應用，大毅除被動組件與保護組件的制造外，于2010年更進一步投入LED散熱基板市場；制造高功率LED散熱基板，該公司是利用目前既有的專業(yè)保護組件黃光微影薄膜工藝以及精密電鑄技術(shù)能力，加上由該公司自行研發(fā)的雷射切割鑿孔設備，導入氧化鋁以及氮化鋁作為散熱基板材料，納入生產(chǎn)工藝開始進行量產(chǎn)，可滿足LED產(chǎn)品封裝的設計與散熱需求。

大毅科技董事長江財寶表示，由于LED陶瓷散熱基板的工藝與大毅現(xiàn)有的保護組件產(chǎn)品工藝相仿，并且在材料與設備上更是有許多相同之處，因此能利用原本保護組件使用的陶瓷基板工藝共通性，制造出高功率LED散熱用陶瓷基板產(chǎn)品。他并指出，大毅科技推出的高功率散熱基板已送各LED封裝大廠認證，且將積極針對LED散熱基板產(chǎn)品進行三大領(lǐng)域布局，一為晶粒封裝市場，鎖定億光等LED封裝大廠客戶；其次為LED 照明基板，第三為LED背光源基板。目前大毅在前兩項領(lǐng)域已開始小量出貨。

同樣是從保護組件跨入LED散熱基板的業(yè)者還有璦司柏電子，該公司總經(jīng)理莊弘毅表示，璦司柏電子是由保護組件起家，成立于2009年6月，目前營運項目以精密陶瓷之線路設計為主、而主要工藝有薄膜散熱基板、黃光微影等技術(shù)等。莊弘毅表示，海內(nèi)外大廠為節(jié)省LED組件空間并兼顧線路保護的功能，多希望將保護組件直接建立陶瓷基板中，而不需要再額外添加保護組件，如防靜電的二極管，而璦司柏目前所研發(fā)的新產(chǎn)品，便是在線路設計時將保護組件放入，如此就不需額外置入，可大幅節(jié)省成本，且此種技術(shù)可將體積縮小，減少20％~30％的空間。此外，璦司柏自行開發(fā)的多層導通孔結(jié)構(gòu)增加了熱傳導的路徑，可降低LED晶粒與陶瓷散熱基板的熱阻，更能有效提升LED發(fā)光效率。

莊弘毅進一步表示，璦司柏電子研發(fā)團隊累積十年年的薄膜組件開發(fā)經(jīng)驗，在去年已完成第三代薄膜專業(yè)代工的生產(chǎn)線，主推薄膜陶瓷基板作為LED晶粒的散熱基板，可改善厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷對位的精準度等問題。整體而言，薄膜散熱基板運用濺鍍、電/電化學沉積，以及黃光微影工藝制作而成，具備以下特點：低溫工藝(300℃以下），避免高溫材料破壞或尺寸變異的可能性；使用黃光微影工藝，讓基板上的線路更加精確；金屬線不易脫落等特點，因此薄膜陶瓷基板適用于高功率、小尺寸、高亮度的LED。

除上述大毅及璦司柏外，禾伸堂亦是從被動組件跨入LED陶瓷基板領(lǐng)域，該公司董事長唐錦榮表示，禾伸堂的陶瓷散熱基板主要應用于高瓦數(shù)LED照明以及太陽能等領(lǐng)域，唐錦榮分析，因陶瓷與LED對熱的膨脹幅度相同，陶瓷基板未來將廣泛應用在LED散熱，出貨量可望有大幅成長。

據(jù)了解，禾伸堂因為擁有陶瓷及粉末技術(shù)的研發(fā)設備與工藝，因此在2003年跨入LED散熱基板，主要使用「薄膜陶瓷基板」技術(shù)，不過由于LED散熱基板通過國際大廠認證時間長，直到近期才有明顯收獲，目前LED散熱基板月產(chǎn)能10萬片，可貢獻一年營收7到8億元，未來會再發(fā)展至月產(chǎn)30萬片。

LED照明模塊整體散熱

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