以氧化铝及硅作为LED集成封装基板材料的热阻比较分析[1]

　　图1为目前高功率LED封装使用的结构， LED芯片会先封装在导热基板上，再打金线及封胶，这LED封装结构体具备轻巧，高热导及电路简单等优点，可应用在户外及室内照明。基板的选择中，氧化铝 (Al2O3) 及硅 (Si) 都是目前市面上已在应用的材料，其中氧化铝基板因是绝缘体，必须有传导热设计，藉由电镀增厚铜层达75um；而硅是优良导热体，但绝缘性不良，必须在表面做绝缘处理。

　　氧化铝基板及硅基板目前皆已应用于高功率LED的封装，由于LED发光效率仍有待提升，热仍是使用LED灯具上必须解决的重要问题，因此LED导热功能必须仔细分析。要分析导热功能必须使用热阻仪来量测，以下的分析将细分LED封装体结构，包括芯片层，接合层及基板层，来分析每层热阻，分析工具则是目前世界公认最精确的T3Ster仪器。

　　本文将简单解析氧化铝基板及硅基LED板封装在热阻的表现 (T3Ster仪器实测)，其中专有名词定义如下：
Rth: 热阻，单位是 (oC/W)，公式为T / KA；
　　T: 导热基板的厚度 (um)；
　　K: 导热基板的导热系数 (W/mC)；
　　A: 导热面积 (mm x mm)。

　　将氧化铝应用在LED封装主要是因为氧化铝材料高绝缘性及可制作轻小的组件， 然而，氧化铝基板应用在电子组件，会因为氧化铝材料导热系数低(约20K/W)，造成高热阻。图2为T3Ster 热阻仪测试E公司氧化铝基板封装LED( LED area: 1 x 1 mm; LED emitter: 3.15x3.5 mm)) 的结果，在25 oC环境温度下测试时，各封装层的热阻如下：
　　1. Chip: 2 oC/W
　　2. Bonding layer : 3 oC/W
　　3. 氧化铝基板: 20 oC/W (高热阻, 基板制作不佳)

　　当175mA小电流通入在1 x 1 mm² 的LED芯片上，氧化铝基板因热阻的温升为10.5oC(=20x175mAx3.0V), 热不易传导出LED芯片；当350mA电流通入在1 x 1 mm² 的LED芯片上， 氧化铝基板因热阻的温升为23oC(=20 x 350mAx3.3 V)，此时氧化铝基板会无法将热传导出LED芯片，LED芯片会产生大量光衰; 而当500 mA大电流通入在1 x 1 mm² 的LED芯片上时，氧化铝基板因热阻的温升大约为36 oC(20 x (500 Ax3.6 V)，此时氧化铝基板也会无法将热传导出LED芯片，LED芯片会快速光衰。因此，LED芯片封装若选择氧化铝基板，因其热阻高，封装组件只适合使用在低功率(~ 175 mA， 约0.5W)。