散热基板随着线路设计、LED种类及功率大小有不同的设计，而产品的可靠性与价格是决定散热设计最重要的规范。散热基板主要的功能是提供LED所需要的电源及热传递的媒介，1个好的LED散热板是能够把80%-90%的热传递出去，这样的散热板就是好的基板。

　　另外1个功能是能够增加LED底部的面积，这样可以使热更快的先后传导更快的均匀散开。由于传统的印刷电路板热传导系数低(大都在0.5W/mK以下，且仅能利用增加散热用的通孔有限度地改善散热，已经逐渐在高功率LED的散热市场中消失。

　　如果需要有1个基础概念，则一般散热基板的基本设计，大多由铜箔电路/陶瓷粉末和高分子/铝基板组成，其中陶瓷粉末和高分子材料是其主要组成部分，陶瓷粉末扮演的是导热的功能，高分子主要扮演的是可靠度以及把电路层、散热的绝缘层和铝板3个结合在一起的重要角色。由于高分子本身不导热，其实热主要是通过陶瓷粉末向后面的铝板传递的，所以需要在有限的空间里塞入更多的陶瓷粉增加其导热性。

印刷电路板也有增强导热的设计，不过针对高热度的新一代LED，散热效率已经渐渐无法应付。(Laird Technologies)

　　金属基板为目前最普及的高功率LED散热基板

　　高功率LED封装方式大致有金属为核心的金属基板(MCPCB)、金属绝缘基板(IMS)等，前者是将原有的印刷电路板(PCB)贴附在另外一种散热效果更好的金属上，用来提升散热效率，且这片金属是安置在印刷电路板内。后者是将高分子绝缘层及铜箔电路以环氧树脂黏接方式直接与铝或铜板接合，之后再将LED配置在绝缘基板上。也有直接让LED底部的散热通过PCB上穿孔的作法，此方式系直接与金属核心接触并加以散热。

　　由于金属基板具有较大的热传导系数(单位W/mK，铝：170、铜：380、氧化铝：20-40、氮化铝：220，后两者主要应用在陶瓷基板)，再加上量产良率的提升，因此成为目前高功率LED散热基板的主流。此外，由于金属基板具加工性、不易碎、价格低廉等优势，发展上更具潜力。

　　为了强化散热效果，目前针对绝缘层的材料，也从早期散热不佳的树酯(导热系数0.5W/mK)，进一步添加散热好的氧化铝粉或其它金属氧化物，使导热系数提高至1~6W/mK，甚至以阳极氧化膜(20W/mK)或钻石膜(400W/mK以上)取代。不过这部份尚面临颇多的挑战，例如如何使制造成本降低及提升绝缘材料的可靠度。

　　甚至不少改良后的金属散热基板结构，利用热电分离的设计，想办法把散热途径中的绝缘层移除，改用新一代导热胶(导热系数1~2W/mK)或锡合金(导热系数约50W/mK)的效能，且能够使LED底部与金属片结合，大大改善界面导热性能，不过此技术无法完全普及，因为这种金属基板并不适用底部具有电极性的LED。

　　散热基板的制造主要包括干式连续制程和湿式制程，前者在高温下连续制程生产。后者则是把陶瓷粉末和高分子材料用溶剂混合制成。湿式制程的技术较简单，且在材料的控制上比较容易。但相对的湿式制程用印刷的方式布在铝板上面最后通过干燥制程把溶剂挥发出来，制作过程中溶剂会挥发到空气当中会对环境造成污染，并且如果溶剂没有除干净会出现散热基板可靠度上的问题。

　　除了硬式金属基板，亦有可弯曲金属基板的出现，原来是为了应用在汽车导航的LCD背光模块薄形化需求，以及高功率LED可以完成立体封装的要求而开发，在设计上，可弯曲基板以铝为材料，利用铝的高热传导性与轻量化特性，制成高密度封装基板，透过铝质基板薄板化后，达到可弯曲特性，并且也能够具高热传导特性。

　　具有高热传导性能的可弯曲基板，是在绝缘层黏贴金属箔，虽然基本结构与传统弯曲基板完全相同，不过在绝缘层方面，采用了软质环氧树脂充填高热传导性无机填充物，因此具有8W/mK的高热传导性，同时还兼具柔软可弯曲、高热传导特性与高可靠性。

　　金属系封装基板的缺点是基材的金属热膨胀系数非常大，与低热膨胀系数陶瓷系芯片组件焊接时情形相似，容易受到热循环冲击，如果高功率LED封装使用氮化铝时，金属系封装基板可能会发生不协调的问题，因此必须设法吸收LED模块各材料热膨胀系数差异造成的热应力，藉此缓和热应力进而提高封装基板的可靠性。

　　陶瓷基板未来最被看好成为主流散热基板

　　用陶瓷材料加上黏结剂烧结而成的陶瓷基板，具有散热性佳、耐高温与耐潮湿等优点，成为高功率LED散热基板的首选材料。但是由于价格高出传统基板数倍，因此基本上至今仍然不算是市场主流的散热型基板。目前陶瓷基板主要的应用市场为要求轻薄短小的可携式产品，例如笔记本电脑、无线通讯模块等。

　　陶瓷基板的产品依照材料主要可分为两类，包括Al2O3(氧化铝)与AlN(氮化铝)，就技术门坎性而言，以氮化铝高，氧化铝较容易，因为氮化铝的导热性虽远优于氧化铝，但是原料必须经由化学合成。全球氧化铝陶瓷基板供应厂商，主要掌控在日系厂商，台湾则有九豪与禾伸堂等。但台厂由于需要进口氧化铝粉等原料，生产成本竞争优势有限，因此未来应考虑开发原料矿源与生产技术。

　　不过氧化铝的导热特性与效能仅差强人意，为了取代氧化铝，研究机构与厂商积极找寻替代材料，除了前述的氮化铝，还包含了硅基板、碳化硅基板、阳极化铝基板等等，其中硅及碳化硅基板之材料半导体特性，使其现阶段发展较严苛，而阳极化铝基板则因其阳极化氧化层强度不足而容易因碎裂导致导通，这也是现阶段为何大都采用较成熟且接受度较高的以氮化铝作为散热基板的原因。

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　　LED陶瓷基板依其线路制作方法可区分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板3种，厚膜陶瓷基板乃采用网印技术生产，藉由刮刀将材料印制于基板上，经过干燥、烧结、激光等步骤而成;低温共烧多层陶瓷技术，以陶瓷作为基板材料，将线路利用网印方式印刷于基板上，再整合多层的陶瓷基板，最后透过低温烧结而成;薄膜散热基板乃运用溅镀、电/电化学沉积、以及黄光微影制程制作而成。

　　薄膜陶瓷基板特别值得一提，其兴起的原因，除了陶瓷基板本身的材料特性问题须考虑之外，LED对基板上金属线路的线宽、线径、金属表面平整度与附着力的要求与日据增，使得以传统厚膜制程备制的陶瓷基板逐渐不敷使用，例如厚膜制程大多使用网版印刷方式形成线路与图形，因此，其线路图形的完整度与线路对位的精确度往往随着印刷次数增加与网版张力变化而出现明显的累进差异，此结果将影响后续封装制程上对位的精准度，且组件持续缩小，网版印刷的图形尺寸与分辨率亦有其限制。

　　薄膜技术的导入正可解决上述线路尺寸缩小的制程瓶颈，结合高真空镀膜技术与黄光微影技术，能将线路图形尺寸大幅缩小，并且可同时符合精准的线路对位要求，其各单元的图形尺寸的低差异性(高均匀性)更是传统网版印刷所不易达到的结果。

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　　由厚膜与薄膜产品成本结构来看，薄膜产品的制程设备(黄光微影)与生产环境(无尘或洁净室)，以及整合材料开发门坎，如曝光、真空沉积、显影、蒸镀(Evaporation)、溅镀(Sputtering)电镀与无电镀等技术相较于厚膜产品其成本较高，然而薄膜制程的金属线路多以厚铜材料为主，相较于厚膜印刷之厚银而言，材料成本却相对较低，因此，可预期的当利用薄膜制程将陶瓷基板金属化的产品，日渐达到经济规模时，其成本将逐渐趋近于厚膜产品。

　　但最佳化的路线制作方式搭配材料，即以薄膜制程备制的氮化铝基板，大幅加速了热量从LED芯片经由基板材料至系统电路板的效能，因此降低热量由LED芯片经由金属线至系统电路板的负担，达到高热散的效果。

薄膜氧化铝陶瓷基板。(ICP TECH)

　　薄膜氮化铝陶瓷基板。(ICP TECH)

　　新材料与新涂料

　　高性能、创新性封装材料技术已是LED产品不可或缺的核心技术，美、日等国皆已积极投入这方面的研发工作。除树脂、金属与陶瓷可做为基板材料外，石墨与钻石等也是今年来相当受到关注的材料。石墨属于一种软性矿物，具有平面型二维结构，水平方向的热传导系数高达1,500W/mK，但垂直方向则在6-60W/mK之间，差异相当大。

　　为改善垂直方向的热传效果，必需采用特殊的基板结构，例如结合石墨材料与树脂方面的技术，将原本天然石墨二维平面结构，改良发展出三维热传热特性的石墨散热板。其原理系利用许多层薄型石墨片上胶与迭层，胶合再热压成型。根据实验结果，使用相同体积的铝、铜与石墨三种基板应用于发热装置的冷却实验，前两者的热传导率分别为237与376 W/mK，但石墨达到460W/mK，且石墨基板也是三者中重量最轻的散热材质。

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　　钻石则为现有材料中硬度最高，散热最快，也最耐蚀的材料，因此也被一些厂家选为未来基板的研发素材。例如结合钻石与铜镀膜的钻石散热印刷电路基板，能够针对热点产生的热量在瞬间扩散，高效能的将热导至外界环境，可应用于高功率光电的高效能冷却系统散热模块。目前还有厂商研发复合钻石散热片，利用人造钻石加入碳化硅等粉体烧结而成，热传导系数为600W/cmK，并可进行表面金属化做为导电层，应用于高亮度LED的散热基板。

　　此外，散热涂料也是LED散热一个新兴的研发方向，空气冷却很重要的一个因素接触空气的面积，面积越大散热效果越好，一般金属表面平滑，而使用氮化硼(TSD)导热/散热涂料后的金属成不规则片状表面，以冷排为例，好比散热鳍片上又多了许多小鳍片，此时接触空气的面积比原先约增加50%。还有以以碳化硅(SiC)为材料的涂料，碳化硅具备优异的热传导特性(130~160W/mK)，良好的绝缘性，并具有比铜、铝等金属高5~8倍的热辐射率，且为非金属，无噪声及漏电流现象。

　　这些涂料除了强化散热/导热效果外，还有其它特性对LED有帮助，如高温时能抗氧化、抗腐蚀性与表面硬度、耐磨耗性提升，应用于LED自然散热，静电消散，电磁屏蔽、自由基防护(防蚀)等额外需求上，都有锦上添花的效益。

　　LED散热基板新兴趋势之一为加上散热涂料，强化散热效果。(古荣丰)

　　最终设计考虑

　　虽然散热基板是整个LED散热的核心，不过完善的散热，还是需要多方因素配合，也是考验研发人员是否有设计严谨周密，如LED芯片架构与原物料也是影响LED热阻大小的因素之一，如果选用不当将加重整个散热系统的负担。

　　此外，即使用相同的散热材料，散热技术基本上和散热面积的大小有直接关系，二次散热设计好，面积大，也就相应地降低了热阻。而LED芯片用导热胶还是与金属直接相连，包括导热胶和金属的不同种类都会影响LED热阻的大小，故设计上要尽量减少LED与二次散热机构装载接口之间的热阻。当然，LED组件的工作环境温度过高也会影响LED组件的热阻大小，故如果可能，应尽量设计降低环境温度。在散热材质选用类似，技术也类似的情况下，前述这些细节注意与落实的程度，也许就决定了产品散热效能的最终差异。

高效能LED由于发热量高，散热是决定产品胜负的关键之一。