散熱基板隨著線路設計、LED種類及功率大小有不同的設計，而產品的可靠性與價格是決定散熱設計最重要的規范。散熱基板主要的功能是提供LED所需要的電源及熱傳遞的媒介，1個好的LED散熱板是能夠把80%-90%的熱傳遞出去，這樣的散熱板就是好的基板。

　　另外1個功能是能夠增加LED底部的面積，這樣可以使熱更快的先后傳導更快的均勻散開。由于傳統的印刷電路板熱傳導系數低(大都在0.5W/mK以下，且僅能利用增加散熱用的通孔有限度地改善散熱，已經逐漸在高功率LED的散熱市場中消失。

　　如果需要有1個基礎概念，則一般散熱基板的基本設計，大多由銅箔電路/陶瓷粉末和高分子/鋁基板組成，其中陶瓷粉末和高分子材料是其主要組成部分，陶瓷粉末扮演的是導熱的功能，高分子主要扮演的是可靠度以及把電路層、散熱的絕緣層和鋁板3個結合在一起的重要角色。由于高分子本身不導熱，其實熱主要是通過陶瓷粉末向后面的鋁板傳遞的，所以需要在有限的空間里塞入更多的陶瓷粉增加其導熱性。

印刷電路板也有增強導熱的設計，不過針對高熱度的新一代LED，散熱效率已經漸漸無法應付。(Laird Technologies)

　　金屬基板為目前最普及的高功率LED散熱基板

　　高功率LED封裝方式大致有金屬為核心的金屬基板(MCPCB)、金屬絕緣基板(IMS)等，前者是將原有的印刷電路板(PCB)貼附在另外一種散熱效果更好的金屬上，用來提升散熱效率，且這片金屬是安置在印刷電路板內。后者是將高分子絕緣層及銅箔電路以環氧樹脂黏接方式直接與鋁或銅板接合，之后再將LED配置在絕緣基板上。也有直接讓LED底部的散熱通過PCB上穿孔的作法，此方式系直接與金屬核心接觸并加以散熱。

　　由于金屬基板具有較大的熱傳導系數(單位W/mK，鋁：170、銅：380、氧化鋁：20-40、氮化鋁：220，后兩者主要應用在陶瓷基板)，再加上量產良率的提升，因此成為目前高功率LED散熱基板的主流。此外，由于金屬基板具加工性、不易碎、價格低廉等優勢，發展上更具潛力。

　　為了強化散熱效果，目前針對絕緣層的材料，也從早期散熱不佳的樹酯(導熱系數0.5W/mK)，進一步添加散熱好的氧化鋁粉或其它金屬氧化物，使導熱系數提高至1~6W/mK，甚至以陽極氧化膜(20W/mK)或鉆石膜(400W/mK以上)取代。不過這部份尚面臨頗多的挑戰，例如如何使制造成本降低及提升絕緣材料的可靠度。

　　甚至不少改良后的金屬散熱基板結構，利用熱電分離的設計，想辦法把散熱途徑中的絕緣層移除，改用新一代導熱膠(導熱系數1~2W/mK)或錫合金(導熱系數約50W/mK)的效能，且能夠使LED底部與金屬片結合，大大改善界面導熱性能，不過此技術無法完全普及，因為這種金屬基板并不適用底部具有電極性的LED。

　　散熱基板的制造主要包括干式連續制程和濕式制程，前者在高溫下連續制程生產。后者則是把陶瓷粉末和高分子材料用溶劑混合制成。濕式制程的技術較簡單，且在材料的控制上比較容易。但相對的濕式制程用印刷的方式布在鋁板上面最后通過干燥制程把溶劑揮發出來，制作過程中溶劑會揮發到空氣當中會對環境造成污染，并且如果溶劑沒有除干凈會出現散熱基板可靠度上的問題。

　　除了硬式金屬基板，亦有可彎曲金屬基板的出現，原來是為了應用在汽車導航的LCD背光模塊薄形化需求，以及高功率LED可以完成立體封裝的要求而開發，在設計上，可彎曲基板以鋁為材料，利用鋁的高熱傳導性與輕量化特性，制成高密度封裝基板，透過鋁質基板薄板化后，達到可彎曲特性，并且也能夠具高熱傳導特性。

　　具有高熱傳導性能的可彎曲基板，是在絕緣層黏貼金屬箔，雖然基本結構與傳統彎曲基板完全相同，不過在絕緣層方面，采用了軟質環氧樹脂充填高熱傳導性無機填充物，因此具有8W/mK的高熱傳導性，同時還兼具柔軟可彎曲、高熱傳導特性與高可靠性。

　　金屬系封裝基板的缺點是基材的金屬熱膨脹系數非常大，與低熱膨脹系數陶瓷系芯片組件焊接時情形相似，容易受到熱循環沖擊，如果高功率LED封裝使用氮化鋁時，金屬系封裝基板可能會發生不協調的問題，因此必須設法吸收LED模塊各材料熱膨脹系數差異造成的熱應力，藉此緩和熱應力進而提高封裝基板的可靠性。

　　陶瓷基板未來最被看好成為主流散熱基板

　　用陶瓷材料加上黏結劑燒結而成的陶瓷基板，具有散熱性佳、耐高溫與耐潮濕等優點，成為高功率LED散熱基板的首選材料。但是由于價格高出傳統基板數倍，因此基本上至今仍然不算是市場主流的散熱型基板。目前陶瓷基板主要的應用市場為要求輕薄短小的可攜式產品，例如筆記本電腦、無線通訊模塊等。

　　陶瓷基板的產品依照材料主要可分為兩類，包括Al2O3(氧化鋁)與AlN(氮化鋁)，就技術門坎性而言，以氮化鋁高，氧化鋁較容易，因為氮化鋁的導熱性雖遠優于氧化鋁，但是原料必須經由化學合成。全球氧化鋁陶瓷基板供應廠商，主要掌控在日系廠商，臺灣則有九豪與禾伸堂等。但臺廠由于需要進口氧化鋁粉等原料，生產成本競爭優勢有限，因此未來應考慮開發原料礦源與生產技術。

　　不過氧化鋁的導熱特性與效能僅差強人意，為了取代氧化鋁，研究機構與廠商積極找尋替代材料，除了前述的氮化鋁，還包含了硅基板、碳化硅基板、陽極化鋁基板等等，其中硅及碳化硅基板之材料半導體特性，使其現階段發展較嚴苛，而陽極化鋁基板則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導致導通，這也是現階段為何大都采用較成熟且接受度較高的以氮化鋁作為散熱基板的原因。

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　　LED陶瓷基板依其線路制作方法可區分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷、以及薄膜陶瓷基板3種，厚膜陶瓷基板乃采用網印技術生產，藉由刮刀將材料印制于基板上，經過干燥、燒結、激光等步驟而成;低溫共燒多層陶瓷技術，以陶瓷作為基板材料，將線路利用網印方式印刷于基板上，再整合多層的陶瓷基板，最后透過低溫燒結而成;薄膜散熱基板乃運用濺鍍、電/電化學沉積、以及黃光微影制程制作而成。

　　薄膜陶瓷基板特別值得一提，其興起的原因，除了陶瓷基板本身的材料特性問題須考慮之外，LED對基板上金屬線路的線寬、線徑、金屬表面平整度與附著力的要求與日據增，使得以傳統厚膜制程備制的陶瓷基板逐漸不敷使用，例如厚膜制程大多使用網版印刷方式形成線路與圖形，因此，其線路圖形的完整度與線路對位的精確度往往隨著印刷次數增加與網版張力變化而出現明顯的累進差異，此結果將影響后續封裝制程上對位的精準度，且組件持續縮小，網版印刷的圖形尺寸與分辨率亦有其限制。

　　薄膜技術的導入正可解決上述線路尺寸縮小的制程瓶頸，結合高真空鍍膜技術與黃光微影技術，能將線路圖形尺寸大幅縮小，并且可同時符合精準的線路對位要求，其各單元的圖形尺寸的低差異性(高均勻性)更是傳統網版印刷所不易達到的結果。

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　　由厚膜與薄膜產品成本結構來看，薄膜產品的制程設備(黃光微影)與生產環境(無塵或潔凈室)，以及整合材料開發門坎，如曝光、真空沉積、顯影、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)電鍍與無電鍍等技術相較于厚膜產品其成本較高，然而薄膜制程的金屬線路多以厚銅材料為主，相較于厚膜印刷之厚銀而言，材料成本卻相對較低，因此，可預期的當利用薄膜制程將陶瓷基板金屬化的產品，日漸達到經濟規模時，其成本將逐漸趨近于厚膜產品。

　　但最佳化的路線制作方式搭配材料，即以薄膜制程備制的氮化鋁基板，大幅加速了熱量從LED芯片經由基板材料至系統電路板的效能，因此降低熱量由LED芯片經由金屬線至系統電路板的負擔，達到高熱散的效果。

薄膜氧化鋁陶瓷基板。(ICP TECH)

　　薄膜氮化鋁陶瓷基板。(ICP TECH)

　　新材料與新涂料

　　高性能、創新性封裝材料技術已是LED產品不可或缺的核心技術，美、日等國皆已積極投入這方面的研發工作。除樹脂、金屬與陶瓷可做為基板材料外，石墨與鉆石等也是今年來相當受到關注的材料。石墨屬于一種軟性礦物，具有平面型二維結構，水平方向的熱傳導系數高達1,500W/mK，但垂直方向則在6-60W/mK之間，差異相當大。

　　為改善垂直方向的熱傳效果，必需采用特殊的基板結構，例如結合石墨材料與樹脂方面的技術，將原本天然石墨二維平面結構，改良發展出三維熱傳熱特性的石墨散熱板。其原理系利用許多層薄型石墨片上膠與迭層，膠合再熱壓成型。根據實驗結果，使用相同體積的鋁、銅與石墨三種基板應用于發熱裝置的冷卻實驗，前兩者的熱傳導率分別為237與376 W/mK，但石墨達到460W/mK，且石墨基板也是三者中重量最輕的散熱材質。

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　　鉆石則為現有材料中硬度最高，散熱最快，也最耐蝕的材料，因此也被一些廠家選為未來基板的研發素材。例如結合鉆石與銅鍍膜的鉆石散熱印刷電路基板，能夠針對熱點產生的熱量在瞬間擴散，高效能的將熱導至外界環境，可應用于高功率光電的高效能冷卻系統散熱模塊。目前還有廠商研發復合鉆石散熱片，利用人造鉆石加入碳化硅等粉體燒結而成，熱傳導系數為600W/cmK，并可進行表面金屬化做為導電層，應用于高亮度LED的散熱基板。

　　此外，散熱涂料也是LED散熱一個新興的研發方向，空氣冷卻很重要的一個因素接觸空氣的面積，面積越大散熱效果越好，一般金屬表面平滑，而使用氮化硼(TSD)導熱/散熱涂料后的金屬成不規則片狀表面，以冷排為例，好比散熱鰭片上又多了許多小鰭片，此時接觸空氣的面積比原先約增加50%。還有以以碳化硅(SiC)為材料的涂料，碳化硅具備優異的熱傳導特性(130~160W/mK)，良好的絕緣性，并具有比銅、鋁等金屬高5~8倍的熱輻射率，且為非金屬，無噪聲及漏電流現象。

　　這些涂料除了強化散熱/導熱效果外，還有其它特性對LED有幫助，如高溫時能抗氧化、抗腐蝕性與表面硬度、耐磨耗性提升，應用于LED自然散熱，靜電消散，電磁屏蔽、自由基防護(防蝕)等額外需求上，都有錦上添花的效益。

　　LED散熱基板新興趨勢之一為加上散熱涂料，強化散熱效果。(古榮豐)

　　最終設計考慮

　　雖然散熱基板是整個LED散熱的核心，不過完善的散熱，還是需要多方因素配合，也是考驗研發人員是否有設計嚴謹周密，如LED芯片架構與原物料也是影響LED熱阻大小的因素之一，如果選用不當將加重整個散熱系統的負擔。

　　此外，即使用相同的散熱材料，散熱技術基本上和散熱面積的大小有直接關系，二次散熱設計好，面積大，也就相應地降低了熱阻。而LED芯片用導熱膠還是與金屬直接相連，包括導熱膠和金屬的不同種類都會影響LED熱阻的大小，故設計上要盡量減少LED與二次散熱機構裝載接口之間的熱阻。當然，LED組件的工作環境溫度過高也會影響LED組件的熱阻大小，故如果可能，應盡量設計降低環境溫度。在散熱材質選用類似，技術也類似的情況下，前述這些細節注意與落實的程度，也許就決定了產品散熱效能的最終差異。

高效能LED由于發熱量高，散熱是決定產品勝負的關鍵之一。