Une excellente capacité de dissipation thermique est très importante pour les LED, car lors du processus de conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse, une grande quantité (70 % à 80 %) de l'énergie sera convertie en énergie thermique, et plus la puissance sera grande, plus il faut émettre de chaleur. Si cette chaleur ne peut pas être dissipée dans le temps, l'augmentation de la température de jonction qu'elle provoque entraînera non seulement une réduction de la puissance optique de sortie de la LED, mais également la puce s'affûtera et s'accélérera, et la durée de vie de l'appareil sera raccourcie, donc les produits LED doit assurer une dissipation douce de la chaleur. Dans le processus de dissipation thermique des LED, le « substrat d'emballage » joue un rôle très clé, de sorte que le développement d'un matériau de substrat de dissipation thermique à haute conductivité thermique est devenu un moyen important de résoudre le problème de dissipation thermique des dispositifs LED et d'améliorer l'efficacité lumineuse et durée de vie des LED haute puissance.
Avec l'augmentation de la puissance des LED, les substrats en résine traditionnels ont longtemps été incapables de répondre à leurs besoins en matière de performances de dissipation thermique. De nos jours, la recherche internationale dans ce domaine se concentre principalement sur les substrats céramiques à haute conductivité thermique avec une conductivité thermique élevée, un coefficient de dilatation thermique correspondant aux puces semi-conductrices et des propriétés d'isolation élevées.
Dans le choix des matériaux céramiques, les céramiques Al2O3 et BeO sont les deux principaux substrats à considérer depuis longtemps, cependant, les deux présentent des inconvénients inhérents, tels que l'Al2O3 a une faible conductivité thermique et un coefficient de dilatation thermique qui ne correspond pas à celui matériau de copeaux ; BeO a un coût de production élevé et est hautement toxique, ce qui n’est pas propice à une production à grande échelle. De plus, bien que le SiC ait une conductivité thermique élevée et que le coefficient de dilatation thermique soit le plus proche de Si, sa température de frittage atteint deux mille degrés, la consommation d'énergie de préparation est importante et le coût de production du pressage à chaud est élevé, ce qui limite également son développement et son application en tant que matériau de substrat.
En plus de ce qui précède, il existe un meilleur choix : le nitrure d'aluminium (AlN), qui est l'un des rares matériaux céramiques présentant une combinaison intéressante de conductivité thermique élevée et d'excellentes propriétés d'isolation électrique. De plus, il est respectueux de l'environnement et non toxique. toxique, mais possède également une résistance mécanique et une stabilité chimique élevées, peut maintenir des conditions de travail normales dans des environnements difficiles. Par conséquent, en tant que matériau de dissipation thermique pour LED haute puissance, il est plus approprié. Le tableau suivant compare les propriétés de l'AlN à celles d'autres matériaux d'emballage en céramique courants.
La raison pour laquelle le nitrure d'aluminium (AlN) est particulièrement adapté à une utilisation comme substrat, en particulier dans le domaine des LED haute puissance, repose principalement sur sa série d'excellentes caractéristiques de performance, qui résolvent directement les problèmes techniques clés des LED. Dissipation thermique et améliore considérablement les performances globales et la durée de vie des appareils LED. Ce qui suit est une explication détaillée des avantages du nitrure d'aluminium en tant que matériau de substrat :
Excellente conductivité thermique
Le nitrure d'aluminium a une conductivité thermique extrêmement élevée, dépassant de loin celle des substrats céramiques Al2O3 traditionnels. La conductivité thermique élevée signifie que le substrat en nitrure d'aluminium peut conduire plus efficacement la chaleur générée par la puce LED vers le système de refroidissement plus rapidement, réduisant ainsi considérablement la température de jonction de la puce LED. Ceci est particulièrement important pour les LED haute puissance, car les LED haute puissance généreront plus de chaleur au travail, et si elles ne peuvent pas être dispersées dans le temps, cela affectera sérieusement leur efficacité lumineuse et leur durée de vie.
Coefficient de dilatation thermique correspondant
Le coefficient de dilatation thermique du nitrure d'aluminium est relativement proche de celui des matériaux des puces LED (tels que le silicium), ce qui contribue à réduire les contraintes thermiques causées par les changements de température, à empêcher la fissuration ou le pelage de l'interface entre la puce et le substrat. , et améliorer la fiabilité et la stabilité à long terme de l'appareil.
Excellentes performances d'isolation électrique
Le nitrure d'aluminium est non seulement un bon conducteur thermique, mais possède également d'excellentes propriétés d'isolation électrique, ce qui est essentiel pour les applications LED nécessitant une isolation électrique élevée. Il garantit le fonctionnement sûr du circuit LED et évite les pannes causées par une fuite ou un court-circuit.
Respectueux de l'environnement et non toxique
Comparé aux matériaux toxiques tels que le BeO, le nitrure d'aluminium est non toxique et inoffensif, répond aux exigences environnementales et convient à une production et à une application à grande échelle, réduisant ainsi les risques pour la santé et les impacts environnementaux dans le processus de production.
Haute résistance mécanique et stabilité chimique
Le substrat AlN a une résistance mécanique élevée, peut résister à des contraintes mécaniques et à des impacts plus importants, tandis que sa stabilité chimique est également excellente, peut maintenir des performances stables dans une variété d'environnements difficiles et prolonger la durée de vie des produits LED.
Le processus de préparation est relativement convivial
Bien que le processus de préparation du nitrure d'aluminium nécessite également une certaine quantité de technologie et de coûts, par rapport aux matériaux frittés à haute température tels que le SiC, sa température de frittage est relativement basse, la consommation d'énergie de préparation est faible et le coût de production par pressage à chaud est contrôlable. , ce qui est propice à une production industrielle à grande échelle.
En conclusion, le nitrure d'aluminium avec sa conductivité thermique élevée, son coefficient de dilatation thermique adapté, ses excellentes propriétés d'isolation électrique, sa protection de l'environnement, sa résistance mécanique et sa stabilité chimique non toxiques et élevées, ainsi que son processus de préparation relativement convivial, deviennent le choix idéal de haute qualité. -Matériaux de substrat de refroidissement pour LED de puissance. Cela résout non seulement le problème de la dissipation thermique des LED, mais améliore également les performances globales et la durée de vie des appareils LED et favorise le développement ultérieur de la technologie LED.
