用厚膜技术最佳化大功率LED
根据美国能源部能源效率和可再生能源办公室提供的资讯，散热是成功设计led系统的最重要因素之一。 发光二极管只能将20%到30%的电能转化为可见光，其余转化为热量，必须从led芯片导入电路板和散热片。多余的热量会减少led的光输出，缩短其寿命。因此，散热效率的提升对于最佳化led的性能潜力非常重要。
用散热基板替代
目前，用于高功率/高亮度用途的led基板或模组被銲接到一个金属基印刷电路板(mcpcb)、增强散热型印刷电路板或陶瓷基板上，然后将基板黏接到散热片上。 虽然这种配置在led行业广泛应用，但它不是最佳的散热方法，而且制造成本可能很高。
mcpcb和增强散热型印刷电路板具有良好的散热性能，但设计灵活度有限，而且如果需要提高散热效能，成本可能很高，原因是需要额外花费散热孔加工费用和昂贵的导热绝缘材料费用。陶瓷基板可以采用导热性不强但价格便宜的陶瓷(如氧化铝陶瓷)，也可以采用导热性强但价格十分昂贵的陶瓷(如氮化铝陶瓷)。总而言之，陶瓷基板的成本高于mcpcb和增强散热型印刷电路板基板。
为替代上述基板，led厂商正在测试直接在铝基板上制作电路的方法，因为这种方法能提供优良的导热性。由于其优势，led产业有兴趣采用铝，但在铝基板上制作led电路需要绝缘层。现在，厚膜技术的进展使led产业能够获得使用铝基板的好处。
厚膜散热浆料供应商贺利氏材料技术公司研制的铝基板用材料系统(iams)是一种低温烧结(低于600℃)的厚膜绝缘系统，可以印刷和烧结在铝基板上。iams材料系统包含介电浆料、银导电浆料、玻璃保护层和电阻浆料。这些材料都适合于3000、4000、5000和6000系列铝基板。
iams的优点
贺利氏公司厚膜材料部全球led专案经理近藤充先生说：“iams是为铝基板设计的绝缘系统。铝无法承受超过摄氏660度以上的温度，标准的厚膜产品基于陶瓷，必须在高温下烧结，温度高达摄氏800度至900度。
近藤充先生解释说：“因为iams浆料可在低于摄氏600度的温度下烧结，所以该系统适合于铝材加工条件。此外，iams独特的玻璃系统能减少铝材的变形翘曲，同时能提供较高的break down voltage和优良的导热性。”
大多数厚膜浆料的热膨胀系数(cte)调整到可用于高温、低膨胀系数的陶瓷基板。但是，如果使用的是热膨胀系数很高的铝基板以及为陶瓷设计的浆料，基板就会因热膨胀系数的差异而发生“变形翘曲”。根据设计，iams的热膨胀系数与铝的热膨胀系数相匹配，可最大限度地减少变形翘曲。
通过采用iams，很容易对led基板的设计进行修改。近藤充先生说：“通过厚膜技术，可以将led电路图案直接用网版印刷到铝基板上。网版图案很容易根据电路设计的变化加以修改，只需修改网版然后重新印刷即可。”在制作原型和设计阶段，这种灵活性很有帮助。
此外，由于印刷过程中印刷iams浆料所用的制程是可选择印刷区域的制程，因此成本较低。绝缘浆料仅印刷在导电电路所在的位置。只要设计恰当，散热孔很容易直接连接到高导热性的铝材上。与蚀刻的mcpcb和增强散热型印刷电路板相比，这种方法浪费的材料极少(前两种板材是用化学方法蚀刻铜板而制成电路)。采用iams系统时，导体浆料仅印刷在需要形成电路的位置。
另外，采用iams技术，客户只需使用一种绝缘浆料。其他厚膜技术要求为每个绝缘层使用两种不同类型的玻璃浆料。此外，所有iams浆料均符合rohs规定。
成熟的技术
对led性能至关重要的是有效的散热;使led保持较低的温度有助于增加亮度和延长寿命。为了证明iams可提供led制造商要求的散热特性，贺利氏公司邀请第三方进行了测试。贺利氏公司请芬兰oulu的vtt技术研究中心对mcpcb和iams进行了比较研究。
vtt的研究员aila sitomaniemi说：“我们比较了使用mcpcb和iams的led基板的热特性。我们测试了10个基板，每个电路板上都銲接高功率led。每块电路板被放进恒温室，将电路板底部的接触温度保持在摄氏25度，以确保每个电路板受到高效和相同的冷却。”
sitomaniemi指出：“测试结果表明，用iams浆料銲接的led，操作温度低于銲接在mcpcb上的led。采用350毫安导通电流时，接合处的平均温度低多达三度，采用700毫安时低多达六度。”
vtt的研究员eveliina juntunen说，散热是主导led器件性能的关键因素。juntunen说：“使用高功率led时，必须由散热来满足效率、色彩、可靠性和产品寿命方面日益严格的要求。”
juntunen指出：“测量结果显示，iams降低了led的接合温度。采用iams时，测得led有效接合处与电路板底部的热阻值比采用mcpcb低多达20%”。juntunen说，她认为这些结果很有意义，在以最佳方式应用led方面具有明显的优势。
散热片印刷
iams技术未来有可能直接将电路印刷在散热片上。目前，在大多数led组装业务中，均购买封装后的led，然后用低温黏着剂将led和散热片黏接在mcpcb上。每多一层就会增加一层热阻值，最终会有损于亮度和寿命。
近藤充先生说“iams技术使客户能够直接将绝缘层印刷在散热片上，解决了额外的散热基板(mcpcb、增强散热型电路板、陶瓷等)增高热阻值的问题。led器件可以直接连接到散热片，提供了最好的散热方法。”
降低发热量，延长使用寿命
贺利氏公司的铝基板用材料系统通过减少led套件的接合处/层数量来降低热阻值。通过采用这种单一配方、多功能的系统，led制造商能够以低成本进行设计变更，并可进行选择性印刷绝缘层。由于能够使用成本较低的基板(如铝板)，因此能够增强传导性和延长led的寿命。
近藤充先生最后说：“使led套件保持较低的温度，是实现最佳led功能的关键。将led的温度降低10度，可将设备的寿命延长一倍以上，并可降低总成本，这使得led对消费者更具有吸引力。”
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mcpcb和增强散热型印刷电路板具有良好的散热性能，但设计灵活度有限，而且如果需要提高散热效能，成本可能很高，原因是需要额外花费散热孔加工费用和昂贵的导热绝缘材料费用。陶瓷基板可以采用导热性不强但价格便宜的陶瓷(如氧化铝陶瓷)，也可以采用导热性强但价格十分昂贵的陶瓷(如氮化铝陶瓷)。总而言之，陶瓷基板的成本高于mcpcb和增强散热型印刷电路板基板。
为替代上述基板，led厂商正在测试直接在铝基板上制作电路的方法，因为这种方法能提供优良的导热性。由于其优势，led产业有兴趣采用铝，但在铝基板上制作led电路需要绝缘层。现在，厚膜技术的进展使led产业能够获得使用铝基板的好处。
厚膜散热浆料供应商贺利氏材料技术公司研制的铝基板用材料系统(iams)是一种低温烧结(低于600℃)的厚膜绝缘系统，可以印刷和烧结在铝基板上。iams材料系统包含介电浆料、银导电浆料、玻璃保护层和电阻浆料。这些材料都适合于3000、4000、5000和6000系列铝基板。
iams的优点
贺利氏公司厚膜材料部全球led专案经理近藤充先生说：“iams是为铝基板设计的绝缘系统。铝无法承受超过摄氏660度以上的温度，标准的厚膜产品基于陶瓷，必须在高温下烧结，温度高达摄氏800度至900度。
近藤充先生解释说：“因为iams浆料可在低于摄氏600度的温度下烧结，所以该系统适合于铝材加工条件。此外，iams独特的玻璃系统能减少铝材的变形翘曲，同时能提供较高的break down voltage和优良的导热性。”
大多数厚膜浆料的热膨胀系数(cte)调整到可用于高温、低膨胀系数的陶瓷基板。但是，如果使用的是热膨胀系数很高的铝基板以及为陶瓷设计的浆料，基板就会因热膨胀系数的差异而发生“变形翘曲”。根据设计，iams的热膨胀系数与铝的热膨胀系数相匹配，可最大限度地减少变形翘曲。
通过采用iams，很容易对led基板的设计进行修改。近藤充先生说：“通过厚膜技术，可以将led电路图案直接用网版印刷到铝基板上。网版图案很容易根据电路设计的变化加以修改，只需修改网版然后重新印刷即可。”在制作原型和设计阶段，这种灵活性很有帮助。
此外，由于印刷过程中印刷iams浆料所用的制程是可选择印刷区域的制程，因此成本较低。绝缘浆料仅印刷在导电电路所在的位置。只要设计恰当，散热孔很容易直接连接到高导热性的铝材上。与蚀刻的mcpcb和增强散热型印刷电路板相比，这种方法浪费的材料极少(前两种板材是用化学方法蚀刻铜板而制成电路)。采用iams系统时，导体浆料仅印刷在需要形成电路的位置。
另外，采用iams技术，客户只需使用一种绝缘浆料。其他厚膜技术要求为每个绝缘层使用两种不同类型的玻璃浆料。此外，所有iams浆料均符合rohs规定。
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