LED封装用陶瓷基板的发展现状
作为LED的重要组成部分，封装基板也随着LED芯片技术的发展而不断变化。目前，LED散热基板主要采用金属和陶瓷基板。金属基板通常由铝或铜制成，由于其技术成熟且成本优势显著，目前广泛应用于各种LED产品中。陶瓷基板具有较高的对准精度，并且被业界公认为导热散热性能优异的材料，是目前大功率LED最合适的散热方案。科锐、欧司朗、瑞峰、国兴等行业领先企业已将陶瓷基板应用于其产品中。
目前，国内外陶瓷基板的生产规模均较小，其未来的产业化前景将受到芯片封装技术的影响。随着LED芯片封装技术向翻转式或垂直封装技术发展，陶瓷基板将拥有广阔的应用前景。
- 陶瓷基板主要用于大功率LED。
LED的散热性能对其芯片的效率、寿命和可靠性有着重要影响，这就要求LED封装具有良好的散热能力。因此，作为LED的重要组成部分，封装基板不仅是芯片的载体，也是重要的散热通道之一。其结构和材料在散热过程中起着关键作用。随着LED芯片技术的发展，LED产品的封装结构经历了从引脚式封装到SMD封装再到功率型封装的演变。LED的封装基板也从传统的玻璃环氧树脂发展到主流的金属材料。近年来，陶瓷基板的出现对铝基板的地位产生了一定的影响。
目前，LED散热基板主要采用金属和陶瓷基板。金属基板通常由铝或铜制成，由于其技术成熟且成本优势明显，目前广泛应用于各类LED产品。陶瓷基板具有极高的对准精度，被公认为是业内最佳的导热散热材料。虽然其成本高于金属基板，但其散热性能和照明稳定性远超笔记本电脑、电视等电子产品。因此，包括科锐、欧司朗、飞利浦和日产化学在内的众多国际大型厂商都采用陶瓷基板作为LED晶粒的散热材料。在国内，瑞丰、国兴、宏力、晶科和智创等厂商均进口陶瓷封装材料。
由于聚合物绝缘材料的导热系数低、热阻大，若要提高铝金属基板的整体导热系数和热阻，需要更换绝缘材料。然而，使用绝缘材料会阻碍线路在铝金属基板上的相互衔接，因此无法直接提高铝金属基板的导热系数。陶瓷散热基板采用新型导热材料和新型内部结构，克服了铝金属基板的这些缺陷，从而提高了基板的整体散热效果。下表列出了陶瓷散热基板和金属散热基板的对比。
- 不同类型的陶瓷基板都存在需要克服的工艺瓶颈。
目前市面上有很多种陶瓷散热基板，工艺各不相同。厂商根据LED产品的散热需求选择合适的散热基板，最终在散热性能和成本方面达到最佳综合效果。
陶瓷散热基板按材料可分为氧化铝基板和氮化铝基板，按结构可分为单层基板和多层基板（两层）。目前，常见的陶瓷散热基板有四种：LTCC（低温共烧多层陶瓷基板）、HTCC（高温共烧多层陶瓷基板）、DBC（直接键合铜基板）和DPC（直接镀铜基板）。HTCC属于较早发展的技术，但由于其工艺温度高（1300-1600℃），电极材料的选择有限，生产成本也较高。这些因素促使LTCC的开发。虽然LTCC将共烧温度降低到约850℃，但尺寸精度和产品强度等技术难题仍需解决。 DBC 和 DPC 是近年来发展起来的成熟且具有能源生产能力的技术，但对很多人来说，这两种技术仍然非常陌生，甚至可能被误解为相同的过程。
DBC工艺通过高温加热将Al₂O₃与铜蓝材料结合。DBC工艺的技术瓶颈在于难以解决Al₂O₃与铜蓝材料之间的微孔问题，这使得产品的生产效率和良率面临更大的挑战。DPC工艺采用直接涂覆技术沉积铜蓝Al₂O₃基材。该工艺融合了材料技术和薄膜技术，其产品是近年来应用最广泛的技术之一。然而，陶瓷散热基材对材料控制和工艺技术的集成能力要求更高，这使得进入DPC行业的门槛和稳定生产的难度相对较高。
- 封装新型垂直和倒装芯片需要陶瓷基板。
垂直硅芯片封装时，通常采用陶瓷基板作为导热层和导电层，以获得优异的热电效应。倒装芯片封装中，陶瓷基板也可作为导热层和导电层，以获得优异的热效应和电效应；当然，也可使用铜基板，这主要取决于谁能更好地解决灯具和灯笼的“三者难题”。目前，国内LED芯片主流应用市场95%为正装芯片。据上海盈瑞光电科技有限公司技术副总裁张宇在上海“十三五”电子信息技术研讨会上表示，在“十三五”期间，国内对LED倒装芯片和垂直芯片的需求将稳步增长，占下游应用市场的20%-30%。
因此，倒装或垂直封装技术的发展对陶瓷基板具有绝对优势，陶瓷在未来的倒装或垂直封装工艺中将更具优势。此外，在1-5W的功率范围内，陶瓷封装也具有优势，例如3535器件可以直接模塑，使用聚光杯将其模塑在陶瓷基板上。封装方式的改变将导致基板材料的改变，因此倒装芯片的封装方式也可能催生新一代与之匹配的基板材料。
- 陶瓷基板的未来成本需要降低，前景十分乐观。
目前，基板市场价格差异的主要因素是原材料的不同。例如，目前市场上的基板主要分为铝基板、陶瓷基板和铜基板。同时，在普通铝基板的基础上，镜面铝基板也逐渐出现在市场上。铝基、陶瓷基和铜基基板的价格最高。然而，目前市场上铜基基板较为少见，其高昂的价格导致性价比较低。陶瓷基板的价格略高于铝基板，目前市场上应用最广泛的应该是铝基板。但是，目前陶瓷基板正在市场上发展，成本也在逐步下降。目前，铝基板的价格约为每平方400元，铜基板约为每平方800-900元，纯陶瓷基板约为每平方500元，而印制银电路基板的价格约为每平方1000元，价格略高。
大约在2008年，国内封装企业刚刚涉足显示和背光领域时，科瑞（Corey）的大功率陶瓷封装光源问世。当时，国内掀起了一股大功率陶瓷封装热潮。此后，国内主流封装企业纷纷倒闭，主要原因包括：国内封装技术不成熟、对原材料和陶瓷基板的依赖性、口碑供应困难以及品牌知名度不足。自2015年以来，随着国内倒装芯片技术的逐步成熟，陶瓷基板的市场需求扩大。此外，材料成本的大幅下降以及国内陶瓷基板生产企业的增多，似乎为国内陶瓷封装从业者带来了久违的春天。同时，随着CSP技术的出现，除了传统的户外照明市场和高亮度手电筒市场外，大功率陶瓷封装也开始渗透到汽车前照灯、闪光LED、紫外LED等领域。因此，其发展前景十分广阔。
陶瓷散热基板的特性比较
目前，国外陶瓷基板生产商包括拉米纳公司、杜邦公司、住友金属电子器件公司、云华工公司等，国内企业包括亿美核心光、瑞迪光电等。其中，康驰光电科技有限公司与中国科学院上海硅酸盐研究所合作，历时两年研发并获得国家实用新型专利。新型K9-H陶瓷LED复合散热材料已成功应用于LED灯泡，并于去年实现量产。
