芯片式LED用白色覆铜板的开发

辜信实 黄增彪 佘乃东

（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523039）

1 技术背景

发光二极管（LED）是一种可以将电能直接转换为光能的半导体器件。其特点是节能、环保、使用寿命长。LED是21世纪最具有发展前景的一种新型固体光源，LED的迅速发展和广泛应用，将引发照明领域的一场革命。

近年来，LED的结构也有了变化，由带引脚的结构发展到芯片式结构（Chip-LED），使表面贴装LED成为现实，进一步推动电子产品轻薄短小化。表面贴装型LED是将发光元件直接贴装在PCB的电极上，经树脂封装而成的，其基本结构如图1所示。

图1 芯片式LED基本结构

安装LED的PCB基板，在加工和使用过程中，在热处理和长期光照情况下，由于老化、变色，导致光反射率大幅度下降，影响到电子产品的工作质量和使用寿命。

对芯片式LED而言，传统FR-4覆铜板已很难满足其使用要求。开发一种具有耐热老化和耐光老化性能的新型覆铜板、势在必行！

2 技术要求

作为安装芯片式LED的PCB基板，必须具有高耐热性高反射率，而且在热处理和光照条件下，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，见表1。

表1 反射率要求

（3）反射率测试方法：采用柯尼卡美能达（Konica Minolta）分光测色计CM-3600a，测试波长为460 nm，n=5的平均值。样品尺寸：（50×50） mm，蚀刻除铜。

3 设计思路

3.1 提高Tg

Tg是反映基板随温度升降而产生的一种物理变化。在常温下，基板为刚性的“玻璃态”。

当温度升高到某一个区域时，基板由“玻璃态”转变为“高弹态”，此时的温度称为基板的玻璃化温度（Tg）。换句话说，Tg是基板保持刚性的最高温度（℃）。

基板的Tg取决于树脂的组成。传统FR-4覆铜板一般采用二官能的溴化环氧树脂、并以双氰胺作固化剂，Tg一般在130 ℃左右。近年来，为了提高Tg，业界普遍采用或部分采用多官能的诺伏拉克环氧树脂。由于诺伏拉克环氧树脂结构中含有两个以上的环氧基，固化物交联密度高，有利于Tg的提高，基板的耐热性、耐化性、尺寸稳定性等相应得到改善。环氧树脂的化学结构如图2所示。

图2 环氧树脂的化学结构

在固化剂方面，FR-4一般采用双氰胺。若采用诺伏拉克树脂或三嗪树脂取代双氰胺，效果会更理想。

3.2 耐热老化和耐光老化性能

前面提到，基板在加工和使用过程中，在热处理和长期光照条件下，由于老化、变色，导致反射率大幅度下降，影响到电子产品的工作质量和使用寿命。一般的环氧树脂含有苯环结构，如图2所示。在热或光的作用下，特别是紫外线的作用下，容易老化、变色。

实践证明，为了改善基板的耐热老化和耐光老化性能，采用或部分采用脂环族环氧树脂或带杂环环氧树脂，是一条行之有效的途径。脂环族环氧树脂有二官能树脂和多官能树脂。其化学结构如图3所示。

图3 脂环族环氧树脂的化学结构

脂环族环氧树脂具有良好的耐热性、力学性能及电性能，尤其是高温电性能及耐弧性。由于结构中不含苯环，因而具有优秀的耐紫外线和耐候性。

3.3 提高基板的白度和反射率

在树脂中添加钛白粉等白色无机颜料，有利于白度和反射率的提高。

钛白粉，化学名称二氧化钛。分子式为TiO2，外观为白色粉末。钛白粉的耐光性好，具有很强的着色力和遮盖力，与树脂配合后不易粉化，不易变色。钛白粉有金红石型和锐钛型两类产品。其中，金红石型钛白粉具有优秀的耐候性，在大气条件下反射率长期稳定。锐钛型钛白粉具有极优秀的反射率，但耐久性不如金红石型钛白粉。

钛白粉可以单独使用，也可以与其它白色粉料配合使用。

4 覆铜板制造流程

芯片式LED用白色覆铜板制造流程，如图4所示。

图4 覆铜板制造流程

5 结果与讨论

针对芯片式LED对覆铜板特殊要求，特别是在高耐热性和高反射率这两方面，我们采用重点攻关和综合开发的工作方法，在较短的时间内取得了较好的效果。

5.1 产品的耐热性

Tg是耐热性的一项重要指标，但不是唯一的指标。产品的耐热性应体现在Tg、Td、T-300、PCT及耐焊性等技术指标上。换句话说：产品的耐热性是上述各项指标的综合体现。

开发结果表明，制品具有优秀的耐热性。结果如表2所示。为了说明问题，表中并列传统FR-4覆铜板，作平行对比。

表2 制品耐热性

5.2 反射率的变化

开发品和FR-4，分别在三种不同条件（A态、热处理及紫外线照射）处理后，反射率的变化，如图5～图7所示。

图5 A态的反射率

图6 热老化后的反射率

图7 光老化后的反射率

5.3 开发品相关性能（表3）

表3 开发品相关性能

6 结语

芯片式LED用白色覆铜板的开发，表明了在新品自主开发道路上，我们又迈出了可喜的一步。这类覆铜板的成功开发，不仅填补了国内的空白，同时对国内LED的技术发展和水平提高，将起到积极的推动作用。

鉴于这类覆铜板、业界尚无统一标准，我们希望在新品开发的同时，标准的开发也要同步进行。