目前，隨著國內外LED行業向高效率、高密度、大功率等方向發展，開發性能優越的散熱材料已成為解決LED散熱問題的當務之急。一般來說，LED發光效率和使用壽命會隨結溫的增加而下降，當結溫達到125℃以上時，LED甚至會出現失效。為使LED結溫保持在較低溫度下，必須采用高熱導率、低熱阻的散熱基板材料和合理的封裝工藝，以降低LED總體的封裝熱阻。

圖1 LED散熱陶瓷基板

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現階段常用基板材料有Si、金屬(Al、Cu、W、Mo)及金屬合金材料(Cu/W、Cu/Mo)、陶瓷(Al2O3、AlN、SiC、BN)和復合材料等，它們的熱膨脹系數與熱導率如表1所示。其中Si材料成本高；金屬及金屬合金材料的固有導電性、熱膨脹系數與芯片材料不匹配；陶瓷材料難加工等缺點，均很難同時滿足大功率基板的各種性能要求。

表1 常見大功率LED封裝基板的熱膨脹系數與熱導率

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AlN陶瓷具有高熱導率、高強度、高電阻率、密度小、低介電常數、無毒、以及與Si相匹配的熱膨脹系數等優異性能，將逐步取代傳統大功率LED基板材料，成為今后最具發展前途的一種陶瓷基板材料。

? ? ? ?氮化鋁(AlN)是一種人工合成礦物，并非天然存在于大自然中。AlN的晶體結構類型為六方纖鋅礦型，具有密度小(3.26g/cm3)、強度高、耐熱性好（約3060℃分解）、熱導率高、耐腐蝕等優點。

圖2 AlN纖鋅礦型晶體結構示意圖

AlN是一種強共價鍵化合物，其熱傳導機理是晶格振動（即聲子傳熱）。由于Al和N的原了序數小，從本性上決定了AlN具有很高的熱導率，其熱導率理論值可高達319W/m·K。但在實際產品中，由于AlN的晶體結構可能完全均勻分布，并存在很多雜質和缺陷，如圖3所示，使得其熱導率般只有170-230W/m·K。在熱傳導過程中，晶體中的各種缺陷（如點陣畸變、位錯、雜質、氣孔、微裂紋）、晶界、界面、第二相以及聲子本身都會對聲子產生干擾和散射，從而大大降低基板的熱導率。

圖3 影響AlN基板熱導率的各種因素

 

? ? ?由于AlN基板不具有電導性，因此在用作大功率LED散熱基板之前必須對其表面進行金屬化和圖形化。但AlN與金屬是兩類物理化學性質完全不同的材料，兩者差異表現最為突出的就是形成化合物的成鍵方式不同。AlN是強共價鍵化合物，而金屬一般都表現為金屬鍵化合物，因此與其它化學鍵的化合物相比，在高溫下AlN與金屬的浸潤性較差，實現金屬化難度較高。因此，如何實現AlN基板表面金屬化和圖形化成為大功率LED散熱基板發展的一個至關重要問題。目前使用最廣泛的AlN基板金屬化的方法主要有：(1)機械連接法、(2)厚膜法、(3)共燒法、(4)薄膜法、(5)直接覆銅法、(6)直接鍍銅法。

圖4 厚膜法金屬化AlN基板示意圖

圖6 多層金屬AlN陶瓷基板

圖7 AlN基板直接覆銅工藝

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直接鍍銅法

直接鍍銅DPC(Direct plating copper)首先將陶瓷基板做前處理清潔，利用薄膜專業制造技術－真空鍍膜方式于陶瓷基板上濺鍍結合于銅金屬復合層，接著以黃光微影之光阻被覆曝光、顯影、蝕刻、去膜工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學鍍沉積方式增加線路的厚度，待光阻移除后即完成金屬化線路制作。DPC工藝在陶瓷薄膜工藝加工基礎上發展起來的陶瓷電路加工工藝。區別于傳統的厚膜和薄膜加工工藝，它的加工更加強化電化學加工要求。通過物理方法實現陶瓷表面金屬化以后，采用電化學加工導電銅和功能膜層。

圖8 DPC工藝簡易流程

它的優勢集中在以下五個方面：

 

 

與任何工藝一樣，DPC與現有的厚膜和薄膜工藝相比也有自身的缺點。