Una excelente capacidad de disipación de calor es muy importante para los LED, porque en el proceso de convertir energía eléctrica en energía luminosa, una gran cantidad (70% a 80%) de la energía se convierte en energía térmica, y cuanto mayor sea la potencia, más calor debe emitirse. Si este calor no se puede disipar a tiempo, el aumento en la temperatura de la unión causado por ellos no solo conducirá a una reducción en la potencia óptica de salida del LED, sino que también el chip se agudizará y acelerará, y la vida útil del dispositivo se acortará, por lo que los productos LED Debe garantizar una disipación suave del calor. En el proceso de disipación de calor del LED, el "sustrato del paquete" juega un papel muy clave, por lo que el desarrollo de material de sustrato de disipación de calor de alta conductividad térmica se ha convertido en una forma importante de resolver el problema de disipación de calor de los dispositivos LED y mejorar la eficiencia luminosa y vida útil del LED de alta potencia.
Con el aumento de la potencia de los LED, los sustratos de resina tradicionales no han podido satisfacer sus necesidades de rendimiento de disipación de calor durante mucho tiempo. Hoy en día, la investigación internacional en este campo se centra principalmente en sustratos cerámicos de alta conductividad térmica, coeficiente de expansión térmica que coincida con los chips semiconductores y altas propiedades de aislamiento.
En la elección de materiales cerámicos, las cerámicas Al2O3 y BeO son los dos sustratos principales que se deben considerar durante mucho tiempo; sin embargo, ambos tienen deficiencias inherentes, como que Al2O3 tiene una baja conductividad térmica y un coeficiente de expansión térmica que no coincide con el material de viruta; El BeO tiene un coste de producción elevado y es muy tóxico, lo que no favorece la producción a gran escala. Además, aunque el SiC tiene una alta conductividad térmica y el coeficiente de expansión térmica es el más cercano al Si, su temperatura de sinterización alcanza los dos mil grados, el consumo de energía de preparación es grande y el costo de producción del prensado en caliente es alto, lo que también limita su desarrollo y aplicación como material de sustrato.
Sumado a lo anterior, existe una mejor opción es el nitruro de aluminio (AlN), que es uno de los pocos materiales cerámicos con una interesante combinación de alta conductividad térmica y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, además, es amigable con el medio ambiente y no tóxico. Tóxico, pero también tiene alta resistencia mecánica y estabilidad química, puede mantener condiciones de trabajo normales en ambientes hostiles. Por lo tanto, como material de disipación de calor LED de alta potencia es más adecuado. La siguiente tabla compara las propiedades del AlN con otros materiales de embalaje cerámicos comunes.
La razón por la cual el nitruro de aluminio (AlN) es particularmente adecuado para su uso como sustrato, especialmente en el campo de los LED de alta potencia, se basa principalmente en su serie de excelentes características de rendimiento, que resuelven directamente los problemas técnicos clave de los LED. disipación de calor y mejora significativamente el rendimiento general y la vida útil de los dispositivos LED. A continuación se ofrece una explicación detallada de las ventajas del nitruro de aluminio como material de sustrato:
Excelente conductividad térmica
El nitruro de aluminio tiene una conductividad térmica extremadamente alta, muy superior a la de los sustratos cerámicos Al2O3 tradicionales. La alta conductividad térmica significa que el sustrato de nitruro de aluminio puede conducir de manera más efectiva el calor generado por el chip LED al sistema de enfriamiento rápidamente, reduciendo así significativamente la temperatura de unión del chip LED. Esto es particularmente importante para los LED de alta potencia, porque los LED de alta potencia generarán más calor en el trabajo y, si no se pueden dispersar a tiempo, afectará seriamente su eficiencia luminosa y su vida útil.
Coeficiente de expansión térmica coincidente
El coeficiente de expansión térmica del nitruro de aluminio es relativamente cercano al de los materiales de los chips LED (como el silicio), lo que ayuda a reducir el estrés térmico causado por los cambios de temperatura y evita el agrietamiento o el pelado de la interfaz entre el chip y el sustrato. y mejorar la confiabilidad y la estabilidad a largo plazo del dispositivo.
Excelente rendimiento de aislamiento eléctrico
El nitruro de aluminio no sólo es un buen conductor térmico, sino que también tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, lo cual es fundamental para aplicaciones LED que requieren un alto aislamiento eléctrico. Garantiza el funcionamiento seguro del circuito LED y evita fallos causados por fugas o cortocircuitos.
Respetuoso con el medio ambiente y no tóxico
En comparación con materiales tóxicos como el BeO, el nitruro de aluminio no es tóxico e inofensivo, cumple con los requisitos ambientales y es adecuado para la producción y aplicación a gran escala, lo que reduce los riesgos para la salud y el impacto ambiental en el proceso de producción.
Alta resistencia mecánica y estabilidad química
El sustrato AlN tiene una alta resistencia mecánica, puede soportar mayores esfuerzos mecánicos e impactos, mientras que su estabilidad química también es excelente, puede mantener un rendimiento estable en una variedad de entornos hostiles y extiende la vida útil de los productos LED.
El proceso de preparación es relativamente amigable
Aunque el proceso de preparación del nitruro de aluminio también requiere una cierta cantidad de tecnología y costos, en comparación con los materiales sinterizados a alta temperatura como el SiC, su temperatura de sinterización es relativamente baja, el consumo de energía de preparación es pequeño y el costo de producción del prensado en caliente es controlable. , lo que favorece la producción industrial a gran escala.
En conclusión, el nitruro de aluminio con su alta conductividad térmica, coeficiente de expansión térmica combinado, excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, protección ambiental, no tóxico, alta resistencia mecánica y estabilidad química, y un proceso de preparación relativamente amigable, se convierte en la opción ideal de alta -materiales de sustrato de refrigeración LED de potencia. No solo resuelve el problema de la disipación de calor de los LED, sino que también mejora el rendimiento general y la vida útil de los dispositivos LED y promueve un mayor desarrollo de la tecnología LED.
