LED怕熱是業(yè)界眾所皆知之事，因為熱會影響LED的光衰及壽命。今天在此介紹一種 LED 應用產(chǎn)品之組裝新工藝——LED導、散熱之熱通路無膠水化制程，與諸位讀者共享!

　　目前LED 應用產(chǎn)品的組裝(包括用料、組裝方法與步驟)大致如下：

　　1、將LED光源(主要是貼片式SMD LED，如Luminleds Luxeon、 Cree X Lamp等)以錫焊方法固定于鋁基板上。

　　2、鋁基板涂抹導熱膏(或使用導熱硅膠片)后再以螺絲固定于散熱機構(gòu)件(主要是散熱鰭片)上。

　　膠水是一種高分子化合物，通常受溫度、水分、紫外線等諸多因素影響而變質(zhì)，還會隨著時間而劣化，以至于影響其導熱功效。

　　由上述結(jié)構(gòu)與制程可知：自LED晶粒產(chǎn)生熱能后，不斷傳遞熱能至散熱鰭片，散熱鰭片再與空氣交換熱量，其LED導、散熱的熱通路常存有3層膠水：

　　1、第一層膠水：固晶膠；

　　2、第二層膠水：鋁基板中銅箔與鋁板的導熱黏著膠；

　　3、第三層膠水：鋁基板涂抹導熱膏(或使用導熱硅膠片)。

圖1 一般的導、散熱結(jié)構(gòu)

　　固晶膠

　　市場上LED封裝多以固晶膠將晶粒黏結(jié)于支架(或固晶座、固晶基板)上。無論固晶膠選用導電膠或非導電膠(又稱絕緣膠)，都具有膠水成份和膠的特質(zhì)。

　　為提升封裝的導熱效果，有業(yè)者改以共晶制程取代固晶膠制程，如Cree，也有封裝業(yè)者以錫膏經(jīng)回流焊制程取代固晶膠制程。以上兩者，無論是共晶制程，亦或是以錫膏經(jīng)回流焊制程以取代固晶膠制程，都是為了避免使用膠水。

　　鋁基板中銅箔與鋁板的導熱黏著膠

　　鋁基板結(jié)構(gòu)是通過導熱黏著膠將鋁基板成份的銅箔與鋁板黏著結(jié)合。其中，依導熱黏著膠的導熱系數(shù)值差異又區(qū)分為：低導熱鋁基板、中導熱鋁基板、高導熱鋁基板、超高導熱鋁基板等不同等級。但鋁基板始終脫離不了存有導熱黏著膠的膠水成份。

　　鋁基板涂抹導熱膏(或使用導熱硅膠片)

　　為使鋁基板與散熱機構(gòu)件(主要是散熱鰭片)緊密結(jié)合，并從鋁基板與散熱機構(gòu)件的間隙排除對其導熱功效有極大影響的空氣，LED應用廠商組裝時通常在鋁基板涂抹導熱膏后再以螺絲固定于散熱機構(gòu)件上來應對。

圖2 獨創(chuàng)的導、散熱結(jié)構(gòu)(使用高溫陶瓷基板DBC+焊錫制程，導熱通路完全不使用膠水)

　　為解決膠水對LED應用廠商的長期困擾，將一般的LED導、散熱的熱通路常存的3層膠水分別以不同的材料、不同的制程替代，即LED導、散熱之熱通路無膠水化制程。其對策及說明如下：

　　1、對于第一層的固晶膠，以共晶制程或錫膏經(jīng)回流焊制程取代，這兩種方法都可以避免使用固晶膠。

　　2、將第二層鋁基板中銅箔與鋁板的導熱黏著膠的鋁基板以高溫陶瓷基板(DBC：Direct Bonding Copper)取代(如圖3)。

　　高溫陶瓷基板(DBC : Direct Bonding Copper )在陶瓷的上、下面先覆以銅箔，后經(jīng)攝氏1100+度高溫燒結(jié)，使銅箔與陶瓷產(chǎn)生共晶現(xiàn)象燒制而成 (此高溫燒結(jié)制程有別于以導熱黏著膠黏著銅箔與陶瓷，在魚目混珠、濫竽充數(shù)的劣質(zhì)陶瓷基板營銷市場上，采購時不得不謹慎小心!)。

　　首先，由于高溫陶瓷基板DBC經(jīng)攝氏1100+度高溫燒結(jié)而成，銅箔與陶瓷的接著面形成優(yōu)異的化學鍵結(jié)(如圖3)，使其除具備優(yōu)異的撕裂強度外，還保有陶瓷原有的耐電壓、絕緣性能、穩(wěn)定性等各種特性。因此，高溫陶瓷基板與鋁基板相比，不僅免除了鋁基板內(nèi)使用膠水的隱患，而且其它諸如撕裂強度、耐電壓、絕緣性能、穩(wěn)定性等特性亦優(yōu)于鋁基板。

　　其次，高溫陶瓷基板 DBC的兩面都是銅箔，因此無論哪一面用來做印刷電路板的布線加工，或在后制程與散熱機構(gòu)件做焊錫作業(yè)，都具備優(yōu)異的制程加工性能。

　　另外，高溫陶瓷基板DBC與LED晶粒(Chip)有相近似的熱膨脹系數(shù)(CTE)，因此有些LED封裝業(yè)者正著手開發(fā)將高溫陶瓷基板DBC作為固晶座(或固晶基板)使用，即將LED晶粒(Chip)直接固著于高溫陶瓷基板DBC上。

圖3 高溫陶瓷基板DBC的縱剖面結(jié)構(gòu)

　　3、以焊錫制程取代第三層的鋁基板涂抹導熱膏(或使用導熱硅膠片)。

　　由于高溫陶瓷基板(DBC)的兩面都是銅箔，銅箔具備極佳的可焊錫性能。所以，只要將與高溫陶瓷基板(DBC)做接合的散熱機構(gòu)件做完成可焊錫性能處理，則高溫陶瓷基板(DBC)即可與后制程的散熱機構(gòu)件做焊錫作業(yè)。

　　總結(jié)

　　膠水耐候性能差，隨著時間的推移，會吸收空氣中的水分而不斷地劣化，降低其導熱性能，是LED應用產(chǎn)品的一大隱憂。熱通路無膠水化制程的用料是金屬及陶瓷(高溫陶瓷基板(DBC))，材料穩(wěn)定性能高，較能承受溫度、水份、紫外線等影響，隨時間推移而劣化程度低，其導熱功效較不受環(huán)境與時間影響。而且無論是金屬還是陶瓷，其導熱系數(shù)都優(yōu)于膠水，熱通路無膠水化制程的初始導熱能力勝過熱通路用膠水制程。