圖1為目前高功率LED封裝使用的結構，LED芯片會先封裝在導熱基板上，再打金線及封膠，這LED封裝結構體具備輕巧，高熱導及電路簡單等優點，可應用在戶外及室內照明。基板的選擇中，氧化鋁(Al2O3)及硅(Si)都是目前市面上已在應用的材料，其中氧化鋁基板因是絕緣體，必須有傳導熱設計，藉由電鍍增厚銅層達75um；而硅是優良導熱體，但絕緣性不良，必須在表面做絕緣處理。

圖1 LED封裝結構

　　氧化鋁基板及硅基板目前皆已應用于高功率LED的封裝，由于LED發光效率仍有待提升，熱仍是使用LED燈具上必須解決的重要問題，因此LED導熱功能必須仔細分析。要分析導熱功能必須使用熱阻儀來量測，以下的分析將細分LED封裝體結構，包括芯片層，接合層及基板層，來分析每層熱阻，分析工具則是目前世界公認最精確的T3Ster儀器。

　　本文將簡單解析氧化鋁基板及硅基LED板封裝在熱阻的表現(T3Ster儀器實測)，其中專有名詞定義如下：

　　Rth：熱阻，單位是(℃/W)，公式為T/KA；

　　T：導熱基板的厚度(um)；

　　K：導熱基板的導熱系數(W/mC)；

　　A：導熱面積(mmxmm)。

圖2  E公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析

　　將氧化鋁應用在LED封裝主要是因為氧化鋁材料高絕緣性及可制作輕小的組件，然而，氧化鋁基板應用在電子組件，會因為氧化鋁材料導熱系數低(約20K/W)，造成高熱阻。圖2為T3Ster熱阻儀測試E公司氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結果，在25℃環境溫度下測試時，各封裝層的熱阻如下：

　　1.Chip：2℃/W

　　2.Bondinglayer：3℃/W

　　3.氧化鋁基板：20℃/W(高熱阻,基板制作不佳)

　　當175mA小電流通入在1x1mm2的LED芯片上，氧化鋁基板因熱阻的溫升為10.5℃(=20x175mAx3.0V),熱不易傳導出LED芯片；當350mA電流通入在1x1mm2的LED芯片上，氧化鋁基板因熱阻的溫升為23℃(=20x350mAx3.3V)，此時氧化鋁基板會無法將熱傳導出LED芯片，LED芯片會產生大量光衰;而當500mA大電流通入在1x1mm2的LED芯片上時，氧化鋁基板因熱阻的溫升大約為36℃(20x(500Ax3.6V)，此時氧化鋁基板也會無法將熱傳導出LED芯片，LED芯片會快速光衰。因此，LED芯片封裝若選擇氧化鋁基板，因其熱阻高，封裝組件只適合使用在低功率(~175mA，約0.5W)。

圖3  R公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析

　　圖3為T3Ster熱阻儀測試氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結果，在25℃環境溫度下測試時，各封裝層的熱阻如下：

　　1.Chip：2℃/W

　　2.Bondinglayer：1.5℃/W

　　3.氧化鋁基板：4.7℃/W(氧化鋁基板厚度:400um,銅層厚度75um)

　　當175mA小電流通入下，其基板因熱阻溫升為4.7℃;當電流來到350mA，基板溫升為6.9℃，當500mA電流通入時，基板溫升大約為8.1℃,及當700mA大電流通入下，基板因熱阻溫升大約為11℃。

　　當氧化鋁基板溫升大于8℃,此時氧化鋁基板會不易將熱傳導出LED芯片，LED芯片會快速光衰。LED芯片封裝在氧化鋁基板，封裝組件只適合始使用功率(~350mA，約1watt)。

　　應用以硅為導熱基板的LED封裝，如圖4所示，在3.37x3.37mxm2的小尺寸面積上，具有快速導熱的性能，可大幅解決因為使用氧化鋁造成的高熱阻問題。以精密的量測熱阻設備(T3Ster)量測到的熱阻值，在25℃環境溫度下測試時，各封裝層的熱阻如下：

　　1.Chip：1℃/W

　　2.Bondinglayer：1.5℃/W

　　3.Sisubstrate：2.5℃/W

圖4  VisEra硅基板LED封裝熱阻分析

　　當大電流(700mA)通入在1x1mm2的LED芯片上，硅基板因熱阻的溫升為6.3℃(=2.5x700mAx3.6V)，硅基板會快速將熱傳導出LED芯片，LED芯片只會有小量光衰。硅藉由優良導熱性能將熱傳導出LED芯片，LED芯片會只會有小許光衰。因此，LED芯片封裝在硅基板上適合于大功率使用(~700mA，約3W)。因為硅基板制作及LED封裝在硅基板，技術難度非常高，目前只有少許公司具備。硅作為LED集成封裝基板材料的熱阻低于氧化鋁基板材料，應用于大功率時，硅基板為好的選擇。

　    總體LED封裝熱阻經T3Ster實測結果比較如下：

      LEDSi封裝：VisEra：5℃/W

      LED氧化鋁，E公司：25℃/W

      LED氧化鋁封裝，R公司：8.2℃/W