�(dāng)LED于上個世紀(jì)60年代被使用后，過去因LED使用功率不高，只能拿來作為顯示燈及訊號燈，封裝散熱問題并未產(chǎn)生，但近年來使用于背光照明的LED，其亮度、功率皆持續(xù)的被提升，因此散熱逐漸成為LED照明�(chǎn)�(yè)的首要問題�
依據(jù)過去30年LED�(fā)展觀察，Lumileds Lighting公司的Roland Haitz先生�2003年歸納出LED界的Moore(摩爾)定律—Haitz定律(如圖1所�)，說明LED約每18~24個月可提升一倍的亮度，以此定理推�10年內(nèi)LED亮度可以再提�20倍，而成本將可降90%以達(dá)到可完全取代�(xiàn)有照明技�(shù)，因此LED照明于近幾年火熱的被重視與探討�
�1 Haitz定律
一、LED背光照明
LED因耗電低、不含汞、壽命長、體積小、降低二氧化碳排放量等優(yōu)勢吸引國�(nèi)、外廠商極力推廣取代�(xiàn)有照明。LED主要照明可分為顯示背光、車用照明、交通號志與室內(nèi)室外照明，而背光模塊于2009年被廣泛的應(yīng)用于筆記型計(jì)算機(jī)面板上，此后亦逐漸被使用到家用電視�(jī)，其約占�50%之面板模塊零組件制造成本與消耗約70%顯示器之電能，故背光照明為顯示面板最重要的關(guān)鍵。然液晶顯示器無法自行發(fā)光，因此需要背光模塊作為光線的來源，所以背光源的好壞會影響顯示的效果甚劇。加上面板需薄型化的因素，因此多以CCFL燈管作為背光源，而LED背光源比起CCFL有演色性佳、壽命長、反�(yīng)速度快等�(yōu)�(如表1)�
�1 LED與CCFL背光源優(yōu)勢比�
再加上近年來由于全球提倡環(huán)保議題，各國政府的禁汞環(huán)保政策，如歐盟的WEEE與RoHS指令與中國的電子信息�(chǎn)品生�(chǎn)污染防治管理辦法等陸�(xù)推行，也�(qū)使小體積封裝之LED成為替代CCFL的最佳無汞燈源。又由于LED單位成本�(fā)光效率持�(xù)快速成長中，使得LED成本跌幅�(kuò)大，縮小了CCFL與LED的價差，也促使面板廠商開始大幅導(dǎo)入LED于背光模塊�
二、LED的散熱問�
目前提高LED亮度有兩種方式，分別為增加芯片亮度以及多顆密集排列等方式，這些方法都需輸入更高功率之能量，而輸入LED的能量，大約20%會轉(zhuǎn)換成光源，剩�80%都轉(zhuǎn)成熱能，然在單顆封裝�(nèi)送入倍增的電流，�(fā)熱自然也會倍增，因此在如此小的散熱面積下，散熱問題會逐漸惡化。此封裝如僅�(yīng)用在只使�1~4顆LED的散光燈，散光燈�(diǎn)�?xí)r間短暫，故熱累積�(xiàn)象不明顯；如�(yīng)用在液晶電視的背光上，既使使用高亮度LED，也要密集排列并長時間點(diǎn)亮，因此在有限的散熱空間�(nèi)難以適時的將這些熱排除于外�
但很不幸的，�(chǎn)生的熱，對晶粒是很嚴(yán)重的問題。當(dāng)晶粒界面溫度升高時，量子�(zhuǎn)換效率導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度下降，且壽命也會跟著下降；放射波長改變，使得色彩穩(wěn)定性降低；受熱時因不同材質(zhì)的膨脹系�(shù)不同，會有熱�(yīng)力累積使�(chǎn)品可靠性降低，使用年限也會降低。因此，散熱是高功率LED極需解決的重要問題�
三、基本熱力學(xué)
傳統(tǒng)光源白熾燈有73%以紅外線輻射方式�(jìn)行散熱，在周圍可以感受到高溫高熱，所以燈泡本體熱累積�(xiàn)象輕微，而LED�(chǎn)生的光，大多分布在以可見光或紫外光居多，不能以輻射方式幫助散熱，又因LED封裝面積較小，難以將熱量散出，導(dǎo)致LED照明�(zhì)量有很大的問題產(chǎn)生，由此得知LED熱能問題是目前急待被解決�
在討論LED熱管理的議題前，首先要先了解基本熱力�(xué)。基本上散熱�3種方�(�2)，分別為傳導(dǎo)式散熱、對流式散熱以及輻射式散熱，從以上三者的理論公式可以分析出，散熱最主要問題�(diǎn)就在“面積”；另外，由于因輻射在接近室溫情況下散熱量非常小，所以最主要討論的散熱方式在傳導(dǎo)和對流兩方面�
�2 基本熱力�(xué)的三種散熱方式比�
在了解散熱之前還要知道熱歐姆定理，傳�(tǒng)的電流歐姆定理：V=IR，壓�=電流×電阻，電阻愈大，壓降就愈大，表示電壓在組件中消耗量愈大；同樣的，熱歐姆定理：ΔT=QR，溫�=熱流×熱阻，當(dāng)熱阻愈大時，就有愈多的熱殘留在組件內(nèi)，這說明了散熱效果要越好，熱阻就要越低。熱歐姆定理是以熱阻將熱傳以物理量量化，�(jì)算方式為LED界面溫度與室溫的溫差除以單位輸入功率。簡單來說，如熱阻為10�/W，表示每輸入1W的能量會是LED上升10℃�
四、LED的熱管理
熱傳是以等向性的方式傳遞，傳遞方向可大致區(qū)分成垂直與水平方向。垂直方向相�(dāng)于將熱阻串聯(lián)，串�(lián)�(shù)愈多，熱阻愈大。水平傳遞等于是并聯(lián)熱阻，并�(lián)熱阻�(shù)愈多熱阻越低，表示增大傳�(dǎo)面積和加�(qiáng)傳熱速率。因此要有較佳的散熱效果，所傳導(dǎo)的層�(shù)要越少且截面積要越大�
�2為LED組件垂直熱阻圖，熱源由界面產(chǎn)生再垂直向上下傳遞，因保�(hù)層封裝采用低熱傳系數(shù)材料，加上面積又小，所以僅有極少量熱能向上傳遞而被忽略�(jì)算，所以傳遞總熱阻=界面到黏接點(diǎn)熱阻＋黏接點(diǎn)到基板熱阻＋基板到載板熱阻＋載板到空氣熱阻，熱會由界面迅速傳遞到大面積之載板或散熱片，再�(jīng)由水平傳遞到大面積的表面上與空氣熱交換對流完成散熱�
�2 LED元件垂直熱阻�
基于上述理論，將LED組件熱阻�(kuò)大運(yùn)用至背光散熱模塊中，因大面積面板薄型化的需求，在極小空間中使用高熱源密度組件，所以除了自然對流外，還需輔以�(fēng)扇方式�(jìn)行強(qiáng)制對流增加散熱�
LED所�(chǎn)生的熱，大多�(jīng)由基板傳遞到載板散熱片上，再以水平方式迅速傳遞至整個載板之上，此熱最后垂直傳�(dǎo)到大面積的筐體上，促成筐體表面的熱對流和放射，利用通風(fēng)孔的熱空氣上升流動或�(fēng)散強(qiáng)制對流造成熱移動將熱量帶走。另外，由等效熱阻圖(�3)可觀察出，散熱基板為整個背光散熱模塊的傳遞核心，此說明將散熱基板熱阻降低，對整體的散熱效益提升就越明顯�
�3 顯示面板背光等效熱阻
五、LED散熱封裝
降低LED熱累積的方式有主要有以下三種，一為改善晶粒特性，在晶粒制作階段，增加�(fā)光效率降低發(fā)熱的能量配置，此外傳�(tǒng)式芯片皆以藍(lán)寶石作為基板，其�(lán)寶石的熱傳導(dǎo)系數(shù)約只�20W/mK，不易將磊晶層所�(chǎn)生的熱快速地排出至外部，因此Cree公司以具高熱傳導(dǎo)系數(shù)的“硅”來取代�(lán)寶石，�(jìn)而提升散熱能力�
另外，改用越大尺寸的晶粒LED熱阻值就越小。二為固晶方式，由打線改為覆晶，傳統(tǒng)LED封裝使用打線方式，但相對于金屬，�(lán)寶石傳熱相當(dāng)慢，所以熱源會從金屬線傳導(dǎo)，但散熱效果不佳。Lumileds公司將晶粒改以覆晶方式倒置于散熱基板上，欲排除�(lán)寶石不要在熱傳導(dǎo)路徑上，并在幾何�(jié)�(gòu)上增加傳熱面積以降低熱阻。三為封裝基板采用氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹及氮化硼等高�(dǎo)熱以及與LED熱膨脹系�(shù)匹配的材料，�(jìn)而降低整個散熱基板總熱阻方式�
以下將LED散熱封裝材料之比較列于表3，早期LED以炮彈型方式�(jìn)行封裝，其散熱路徑中有一小部分熱源經(jīng)保護(hù)層往大氣方向散熱，大多熱源僅能透過金屬架往基板散熱，此封裝熱阻相當(dāng)?shù)卮螅_(dá)250~350�/W。�(jìn)而由表面貼合方式(SMD)于PCB基板上封裝，主要是藉由與基板貼合一起的FR4載板來導(dǎo)熱，利用增加散熱面積的方式來大幅降低其熱阻值。但此低成本的封裝要面臨的問題是，F(xiàn)R4本身熱傳�(dǎo)系數(shù)較低，膨脹系�(shù)過高，且為不耐高溫的材料，在高功率的LED封裝材料上不太適用�
�3 LED散熱封裝材料之比�
因此，再�(fā)展出�(nèi)具金屬核心的印刷電路�(MetalCorePCB；MCPCB)，是將原印刷電路板貼附在金屬板上，運(yùn)用貼附的鋁或銅等熱傳�(dǎo)性較佳的金屬來加速散熱，此封裝技�(shù)可用于中階功率的LED封裝。MCPCB的鋁基板雖有良好的導(dǎo)熱系�(shù)，但還需使用絕緣層來分離線路，但絕緣材多有熱阻、熱膨脹系數(shù)過高的缺�(diǎn)，作為封裝高功率LED時較不適合。近期還有DBC與DPC技�(shù)被使用，DBC熱壓銅于陶瓷板技�(shù)雖有良好的散熱系�(shù)，但密合�(qiáng)度、熱�(yīng)力與線路分辨率等問題仍有待解決�
在陶瓷材料上以DPC成型之基板，具有耐高電壓、耐高溫、與LED熱膨脹系�(shù)匹配等優(yōu)勢外，還可將熱阻下降�10�/W以下，故此為�(xiàn)今最合適用在封裝高密度排列之HB LED散熱材料�
六、結(jié)�
隨著大尺寸薄型化LED TV的市場需求逐年增加，其所需背光源的亮度也隨之增加，�(dǎo)致大量的高功率LED須于狹小電視筐體中緊密排列，使得高效率散熱基板的需求愈來愈大，因此由大毅科技�(jiān)�(qiáng)的技�(shù)�(tuán)�(duì)�2010年所研發(fā)出的以DPC基板技�(shù)大量生產(chǎn)的陶瓷散熱基板，將滿足日益擴(kuò)大的LED TV背光模塊散熱需求�
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