什么是LED無膠水化制程?

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟?。目前LED應(yīng)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(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)后再以螺絲固定于散熱機(jī)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(huì)隨著時(shí)間而劣化，以至于影響其導(dǎo)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(dǎo)、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(dǎo)熱黏著膠;3、第三層膠水：鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)。

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(dǎo)電膠或非導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱黏著膠，鋁基板結(jié)構(gòu)是通過導(dǎo)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(dǎo)熱黏著膠的導(dǎo)熱系數(shù)值差異又區(qū)分為：低導(dǎo)熱鋁基板、中導(dǎo)熱鋁基板、高導(dǎo)熱鋁基板、超高導(dǎo)熱鋁基板等不同等級(jí)。但鋁基板始終脫離不了存有導(dǎo)熱黏著膠的膠水成份。

鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)，為使鋁基板與散熱機(jī)構(gòu)件(主要是散熱鰭片)緊密結(jié)合，并從鋁基板與散熱機(jī)構(gòu)件的間隙排除對(duì)其導(dǎo)熱功效有極大影響的空氣，LED應(yīng)用廠商組裝時(shí)通常在鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏后再以螺絲固定于散熱機(jī)構(gòu)件上來應(yīng)對(duì)。

為解決膠水對(duì)LED應(yīng)用廠商的長期困擾，將一般的LED導(dǎo)、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(dǎo)、散熱之熱通路無膠水化制程。其對(duì)策及說明如下：

1、對(duì)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(dǎo)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?zé)Y(jié)，使銅箔與陶瓷產(chǎn)生共晶現(xiàn)象燒制而成 (此高溫?zé)Y(jié)制程有別于以導(dǎo)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(shí)不得不謹(jǐn)慎小心!)。

首先，由于高溫陶瓷基板DBC經(jīng)攝氏1100+度高溫?zé)Y(jié)而成，銅箔與陶瓷的接著面形成優(yōu)異的化學(xué)鍵結(jié)(如圖3)，使其除具備優(yōu)異的撕裂強(qiáng)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(qiáng)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(jī)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。

3、以焊錫制程取代第三層的鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)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(jī)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(jī)構(gòu)件做焊錫作業(yè)。膠水耐候性能差，隨著時(shí)間的推移，會(huì)吸收空氣中的水分而不斷地劣化，降低其導(dǎo)熱性能，是LED應(yīng)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(shí)間推移而劣化程度低，其導(dǎo)熱功效較不受環(huán)境與時(shí)間影響。而且無論是金屬還是陶瓷，其導(dǎo)熱系數(shù)都優(yōu)于膠水，熱通路無膠水化制程的初始導(dǎo)熱能力勝過熱通路用膠水制程。以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會(huì)由很大的提升，為我們帶來更大便利。