一直以來，印刷電路板所扮演的角色都不僅僅是載體材料和元件分配層那么簡單，而是越來越多的功能被直接嵌入到電路板中。目前TDK集團利用CeraPad?成功研發了專門針對LED并且集成了ESD保護功能的超薄陶瓷基板。

LED是建筑物室內外照明系統中最先進的元器件。此外，LED還普遍應用于手電筒和相機閃光燈功能的智能手機中。各類車輛的頭燈及其它照明系統也采用這種照明技術。盡管它們具有高效能、壽命長等優點，但LED仍然存在一種嚴重的缺陷：與所有的半導體一樣，它們對靜電放電 （ESD） 極其敏感。因此，現有解決方案需要根據各個LED的串并聯情況，提供相應的獨立保護元件。愛普科斯 （EPCOS） CeraDiode?系列的TVS二極管可滿足此要求，或者您也可以選用結構更為緊湊、價格極具吸引力的多層壓敏電阻。這些表面貼裝元件的性能不會受溫度影響而出現降額，并且可采用焊接工藝安裝方式，不必在PCB上進行復雜的打線接合。圖1顯示了保護LED免受ESD影響的常規解決方案。

圖1： 在常規LED燈中，ESD保護元件（此圖中為TVS二極管）位于基板LED旁邊。

然而，這種獨立的解決方案存在著致命的缺陷，即真實光源在印刷電路板表面的利用效率較低。此外，保護元件使得LED光源無法達到最佳的輻射狀態，從而降低了LED的使用效率。

為了解決該問題，TDK集團采用了全新的CeraPad解決方案，這種方案結合了公司在微型多層ESD保護元件和LTCC基板方面長期累積起來的豐富經驗。CeraPad是集成ESD保護功能的超薄陶瓷基板。這種創新基板可滿足極致微型化的需求，并且還具有最佳的ESD保護功能，因此在敏感應用中可實現最高的ESD集成等級。因此，它完全消除了對其它獨立ESD元件的需求，顯著增加了LED的安裝密度，從而能夠有效利用基板表面，節省了大量成本。最后，通過減少TVS二極管、接合線，以及相關成本密集型元器件的放置和工藝步驟，可靠性得到顯著增加。圖2顯示了新載體材料的橫截面。

圖2： 在兩個通孔之間，可以觀測到嵌入式過壓保護元件的多層結構。

CeraPad遠優于硅基齊納二極管

該功能性陶瓷基板是一種理想的LED基板，其ESD防護強度最高可達30 kV。目前最先進的齊納二極管的標準保護能力僅為8 kV，CeraPad陶瓷基板的ESD保護能力優于傳統產品的3倍。CeraPad使標準LED元件定制芯片規格封裝（CSP）介于CSP0707與CSP1515之間，具有相當高的封裝密度。

此外，CeraPad還具有極低的熱膨脹系數 （6 ppm/K），與硅基LED的熱膨脹系數幾乎相同。因此，當溫度變化時，基板與LED之間幾乎沒有機械應力。此外，陶瓷基板具有至少22W/mK的高熱導率，并且可通過銀質導熱孔進一步提升。另外一個優點是，這種基板的厚度僅為300μm至400μm，但是其彎曲強度高達250 MPa。

根據客戶的要求，CeraPad的接觸焊盤可適用標準SAC（Sn/Ag/Cu， 260 °C）回流焊或共晶焊（AuSn， 320 °C）工藝。圖3顯示了使用CeraPad實現的LED單元設計。

圖3： 使用CeraPad，ESD保護功能可直接嵌入到LED下方基板中。與現有的解決方案相比，芯片級封裝方式可顯著提高封裝密度。

使用LED矩陣陣列的自適應汽車頭燈

CeraPad不僅適用于集成ESD保護功能的LED芯片基板，而且像傳統印刷電路板一樣，該技術同樣可作為分布層。通過這種方式可實現多達十個這樣的分布層，而不會對熱性能造成任何影響。與之相比：使用傳統的隔離金屬基板（IMS），最多可實現五個合理的分布層，并且層數越多，熱導率越低。然而，CeraPad基板可放置多達1000個緊密封裝的LED，這些LED可根據客戶的要求進行單獨控制（圖4）。

應用設計人員將能夠使用這種技術在最小的空間內創造出極具創新的高分辨率照明效果，例如智能手機上的多LED閃光燈，或汽車的自適應大燈。

CeraPad是對TDK CeraDiode系列的擴展產品，其采用創新的晶圓技術、功能強大的陶瓷ESD保護元件以及模塊化解決方案。通過CeraPad陶瓷基板，目前TDK集團能夠為客戶提供具有吸引力的自定義封裝解決方案，從而讓他們能夠更好的地面對未來不斷上升的IC敏感度的挑戰，讓客戶能利用一種全新的方式進行燈光設計，并繼續致力于LED模塊的小型化。對客戶而言，這將為優化燈具設計提供有吸引力的可能性，進一步提高LED的產量。

圖4： 這種CeraPad設計方案可實現由CSP0707 LED組成的16 x 16 LED陣列，其中每個LED都可以單獨進行控制。例如，在此基礎上，自適應汽車頭燈可根據客戶的要求進行特殊的布局設計，LED數量最多可達1000個。