散熱基板之技術發展方向與LED產業應用

聚鼎科技，研發處副理，沙益安

LED的散熱問題一直是產業發展的關鍵技術，聚鼎科技以鋁基板作為側光式LED TV的最佳解決方案。該公司沙益安博士看好LED應用於背光源和照明市場的成長潛力，並且詳述散熱基板的技術發展趨勢並分析不同技術的優劣點。

背光與照明市場趨勢

LED背光應用於各種LCD面板，搭配的基板包括FPC軟板(螢幕小於15吋)、MCPCB鋁基板(螢幕大於15吋，以側光式為主)和FR4玻璃纖維板(螢幕大於6吋，以直下式為主)。

依DisplaySearch估計，LED用於背光的滲透率，NB市場2010年為90%，2011年為100%。LCD監視器2010年25%，2011年50%，2016年85%。大尺寸TFT-LCD 2011年50%，2012年80%。LED TV目前銷售面臨短期震盪，主要因素包括：價差、CCFL的庫存去化、LED背光的產品調整等。

LED TV成本以側光式較直下式為低，以側光式LED TV來看，背光源成本若要進一步降低，一方面須減少LED使用數量、減少光條使用數量，一方面須增加LED亮度、增加模組出光效率和散熱能力，散熱則多使用高導熱鋁基板(MCPCB光條)以增加散熱。

LED照明方面，IEK預估2012年全球市場規模將達52億美元，2007~2012年年複合成長率達28.5%。LED照明應用目前以建築照明和工商業照明為主。LED路燈則導入合同能源管理(Energy Performance Contracting；EPC)，此為70年代能源危機即產生的概念，業主無須出資，供應商賺取能源節省的價差，對供應商來說，技術能力越好，獲利越高，但短期需積壓大量資金。

產業應用技術發展

產業應用技術發展趨勢包括亮度提升、光學改善、節能效率、產品信賴性和成本下降。其中產品信賴性與散熱設計關連大。LED散熱要素為：需提供熱傳導媒介，將熱由LED傳導到散熱基板，再到散熱模組；另外，若增加LED底部面積，則可加散熱面積。此外還需要電源供應。

散熱基板的材料組成有三方面，即銅箔電路、陶瓷粉末加高分子、鋁基板。其中陶瓷粉末的熱導係數為20W/m-K，高分子的熱導係數為0.1W/m-K，FR4為0.36W/m-K。

散熱材料包括導熱添加材料和散熱複合材料組成，前者的選擇有熔煉石英(SiO2)、氧化鋁、結晶二氧化矽、氧化矽、氮化鋁、氮化硼。熔煉石英和氧化鋁的成本低廉，氧化鋁熱係數又高，為30W/m-K，居市場主流。氮化鋁導熱係數最佳，為320W/m-K，但成本過高且信賴性不好。散熱複合材料組成則包括導熱粉粒和導熱材料。

有玻纖散熱基板材料為高分子、高導熱陶瓷粉末加玻璃纖維布，優點為容易製程、有較佳的厚度均勻性、低製造成本。缺點為Z軸導熱性良好，但X-Y平面的導熱率不佳，且基板彎翹嚴重。

傳統電路板FR4多使用於低功率電子元件或LED，導熱率僅0.36W/m-K，信賴性較差，崩潰電壓約40KV/mm，價格低廉。陶瓷填充散熱基板適用於高功率LED或電子元件，導熱率為2~12W/m-K，信賴性較佳，崩潰電壓約60KV/mm，價位為FR4的3倍。

散熱金屬基板技術發展

散熱基板製造方式有乾式連續製程和濕式製程兩種，前者以高分子加工，以連續式製程射出成型，不用溶劑減少污染；後者以溶劑混合，主要製程以印刷方式，印刷是以網印或刮刀印刷，並需乾燥，製程簡單但信賴性較低。

聚鼎高導熱膠片採用滾輪壓合(Roll to Roll)乾式連續製程，為全球唯一捲狀式12W/m-K散熱膠片，無溶劑乾式製程，不爆板且環保。