LED散熱陶瓷:雷射鉆孔技術(shù)解析
出處:h988 發(fā)布于:2011-07-13 08:16:18
在1962年Nick Holonyak Jr.發(fā)明了LED后,因?yàn)槠鋲勖L與省電等特性, LED議題成為舉世焦點(diǎn)而發(fā)展迅速,由低功率的警示燈逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖β实恼彰?,而高照明亮度所帶來的熱效?yīng)也隨之發(fā)生,為了解決熱效應(yīng)的問題,封裝材料逐漸由FR4轉(zhuǎn)變?yōu)镸CPCB再升級成陶瓷材料,因陶瓷材料除了與LED具有匹配的膨脹系數(shù)、良好的熱與化學(xué)穩(wěn)定性,還具有優(yōu)異的絕緣耐壓特性,所以適合用于高功率LED照明之散熱。
而散熱陶瓷就工藝分類可分為HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics)與LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)兩種工藝,LTCC陶瓷是在軟烤而成的生胚上打孔定位,接著以850℃的工藝條件下共燒而成,雖然此技術(shù)易塑形,但所燒出的陶瓷密度低,導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度與絕緣特性都不佳,重要的是生胚經(jīng)燒結(jié)后會有收縮的問題,導(dǎo)致尺寸準(zhǔn)確度問題尚待突破。所以較為精細(xì)的線路多改用HTCC陶瓷,此陶瓷使用1300~1600℃的高溫?zé)Y(jié)而成,使其具有比LTCC陶瓷較優(yōu)越的機(jī)械特性,進(jìn)一步在基板表面進(jìn)行鉆孔定位而沒有尺寸的問題。
但由于陶瓷極為優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度特性,以傳統(tǒng)切割刀具難以在表面加工,因此通常以鉆石刀(Diamond Saw )或雷射(Laser)進(jìn)行加工。以成本較低的鉆石刀進(jìn)行切割,會因此方式以機(jī)械力進(jìn)行切削,不但會造成刀具的耗損常須替換,還易造成基板切割邊緣的不平整或破裂,除此之外還須以水進(jìn)行冷卻限制了許多工藝的應(yīng)用。雷射不但具有精準(zhǔn)度高、可局部加工、切割迅速與易控制切割圖像等優(yōu)勢,還不受材料硬度、脆度及熔點(diǎn)等限制,因此雷射技術(shù)被大量導(dǎo)入進(jìn)行陶瓷切割鉆孔。
雷射是激光的英語名稱音譯(英語:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,縮寫為LASER,或laser),是指窄幅頻率的光輻射線,通過受激輻射放大和必要的反饋共振,產(chǎn)生準(zhǔn)直、單色、相干的光束的過程及儀器。基本上,產(chǎn)生雷射(激光)需要"共振結(jié)構(gòu)"、"增益介質(zhì)"及"激發(fā)來源"這三個要素。

圖1 :激光主題機(jī)構(gòu)示意圖
雷射主要結(jié)構(gòu)可分成三部分,分別為激勵元件、活性介質(zhì)及共振腔,激勵元件通入高壓電產(chǎn)生放電效應(yīng)給予活性介質(zhì)能量,介質(zhì)會吸收特定波長能量從基態(tài)提升到受激態(tài),不穩(wěn)定的受激態(tài)會再降階回到基態(tài),此時會釋放出光子產(chǎn)生特定波長的光,當(dāng)這些光會在共振腔內(nèi)的兩面反射鏡中進(jìn)行反射,當(dāng)所有的光都符合2L=nλ條件時,才能夠使入射及反射的波相位一致,互相干涉形成駐波激發(fā)更多光子產(chǎn)生駐波與行波,被增益的行波從半反射透鏡穿出形成雷射光。雷射穿透半反射鏡輸出后,會經(jīng)由透鏡聚焦在目標(biāo)物上加熱汽化,進(jìn)行切割打孔的目的。因此,進(jìn)行雷射鉆孔時可藉由提高雷射功率或選用波長較易被材料吸收的雷射進(jìn)行工藝,在有效的聚焦范圍內(nèi)進(jìn)行工藝,可有效提升切割深度并減少工藝時間,完成快速量產(chǎn)的目的。

圖2:激光打孔示意圖
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