芯片式LED用白色覆銅板的開發(fā)

辜信實 黃增彪 佘乃東

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523039）

1 技術(shù)背景

發(fā)光二極管（LED）是一種可以將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。其特點是節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長。LED是21世紀最具有發(fā)展前景的一種新型固體光源，LED的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將引發(fā)照明領(lǐng)域的一場革命。

近年來，LED的結(jié)構(gòu)也有了變化，由帶引腳的結(jié)構(gòu)發(fā)展到芯片式結(jié)構(gòu)（Chip-LED），使表面貼裝LED成為現(xiàn)實，進一步推動電子產(chǎn)品輕薄短小化。表面貼裝型LED是將發(fā)光元件直接貼裝在PCB的電極上，經(jīng)樹脂封裝而成的，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 芯片式LED基本結(jié)構(gòu)

安裝LED的PCB基板，在加工和使用過程中，在熱處理和長期光照情況下，由于老化、變色，導(dǎo)致光反射率大幅度下降，影響到電子產(chǎn)品的工作質(zhì)量和使用壽命。

對芯片式LED而言，傳統(tǒng)FR-4覆銅板已很難滿足其使用要求。開發(fā)一種具有耐熱老化和耐光老化性能的新型覆銅板、勢在必行！

2 技術(shù)要求

作為安裝芯片式LED的PCB基板，必須具有高耐熱性高反射率，而且在熱處理和光照條件下，反射率下降幅度越小越好！基本要求如下：

（1）Tg：210℃（DMA）。

（2）反射率要求，見表1。

表1 反射率要求

（3）反射率測試方法：采用柯尼卡美能達（Konica Minolta）分光測色計CM-3600a，測試波長為460 nm，n=5的平均值。樣品尺寸：（50×50） mm，蝕刻除銅。

3 設(shè)計思路

3.1 提高Tg

Tg是反映基板隨溫度升降而產(chǎn)生的一種物理變化。在常溫下，基板為剛性的“玻璃態(tài)”。

當(dāng)溫度升高到某一個區(qū)域時，基板由“玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案邚棏B(tài)”，此時的溫度稱為基板的玻璃化溫度（Tg）。換句話說，Tg是基板保持剛性的最高溫度（℃）。

基板的Tg取決于樹脂的組成。傳統(tǒng)FR-4覆銅板一般采用二官能的溴化環(huán)氧樹脂、并以雙氰胺作固化劑，Tg一般在130 ℃左右。近年來，為了提高Tg，業(yè)界普遍采用或部分采用多官能的諾伏拉克環(huán)氧樹脂。由于諾伏拉克環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有兩個以上的環(huán)氧基，固化物交聯(lián)密度高，有利于Tg的提高，基板的耐熱性、耐化性、尺寸穩(wěn)定性等相應(yīng)得到改善。環(huán)氧樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 環(huán)氧樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)

在固化劑方面，F(xiàn)R-4一般采用雙氰胺。若采用諾伏拉克樹脂或三嗪樹脂取代雙氰胺，效果會更理想。

3.2 耐熱老化和耐光老化性能

前面提到，基板在加工和使用過程中，在熱處理和長期光照條件下，由于老化、變色，導(dǎo)致反射率大幅度下降，影響到電子產(chǎn)品的工作質(zhì)量和使用壽命。一般的環(huán)氧樹脂含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在熱或光的作用下，特別是紫外線的作用下，容易老化、變色。

實踐證明，為了改善基板的耐熱老化和耐光老化性能，采用或部分采用脂環(huán)族環(huán)氧樹脂或帶雜環(huán)環(huán)氧樹脂，是一條行之有效的途徑。脂環(huán)族環(huán)氧樹脂有二官能樹脂和多官能樹脂。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)

脂環(huán)族環(huán)氧樹脂具有良好的耐熱性、力學(xué)性能及電性能，尤其是高溫電性能及耐弧性。由于結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán)，因而具有優(yōu)秀的耐紫外線和耐候性。

3.3 提高基板的白度和反射率

在樹脂中添加鈦白粉等白色無機顏料，有利于白度和反射率的提高。

鈦白粉，化學(xué)名稱二氧化鈦。分子式為TiO2，外觀為白色粉末。鈦白粉的耐光性好，具有很強的著色力和遮蓋力，與樹脂配合后不易粉化，不易變色。鈦白粉有金紅石型和銳鈦型兩類產(chǎn)品。其中，金紅石型鈦白粉具有優(yōu)秀的耐候性，在大氣條件下反射率長期穩(wěn)定。銳鈦型鈦白粉具有極優(yōu)秀的反射率，但耐久性不如金紅石型鈦白粉。

鈦白粉可以單獨使用，也可以與其它白色粉料配合使用。

4 覆銅板制造流程

芯片式LED用白色覆銅板制造流程，如圖4所示。

圖4 覆銅板制造流程

5 結(jié)果與討論

針對芯片式LED對覆銅板特殊要求，特別是在高耐熱性和高反射率這兩方面，我們采用重點攻關(guān)和綜合開發(fā)的工作方法，在較短的時間內(nèi)取得了較好的效果。

5.1 產(chǎn)品的耐熱性

Tg是耐熱性的一項重要指標，但不是唯一的指標。產(chǎn)品的耐熱性應(yīng)體現(xiàn)在Tg、Td、T-300、PCT及耐焊性等技術(shù)指標上。換句話說：產(chǎn)品的耐熱性是上述各項指標的綜合體現(xiàn)。

開發(fā)結(jié)果表明，制品具有優(yōu)秀的耐熱性。結(jié)果如表2所示。為了說明問題，表中并列傳統(tǒng)FR-4覆銅板，作平行對比。

表2 制品耐熱性

5.2 反射率的變化

開發(fā)品和FR-4，分別在三種不同條件（A態(tài)、熱處理及紫外線照射）處理后，反射率的變化，如圖5～圖7所示。

圖5 A態(tài)的反射率

圖6 熱老化后的反射率

圖7 光老化后的反射率

5.3 開發(fā)品相關(guān)性能（表3）

表3 開發(fā)品相關(guān)性能

6 結(jié)語

芯片式LED用白色覆銅板的開發(fā)，表明了在新品自主開發(fā)道路上，我們又邁出了可喜的一步。這類覆銅板的成功開發(fā)，不僅填補了國內(nèi)的空白，同時對國內(nèi)LED的技術(shù)發(fā)展和水平提高，將起到積極的推動作用。

鑒于這類覆銅板、業(yè)界尚無統(tǒng)一標準，我們希望在新品開發(fā)的同時，標準的開發(fā)也要同步進行。