Un'eccellente capacità di dissipazione del calore è molto importante per i LED, poiché nel processo di conversione dell'energia elettrica in energia luminosa, una grande quantità (dal 70% all'80%) dell'energia viene convertita in energia termica e maggiore è la potenza, maggiore è la quantità di calore che deve essere emessa. Se questo calore non può essere dissipato in tempo, l'aumento della temperatura di giunzione da esso causato non solo porterà a una riduzione della potenza ottica in uscita del LED, ma anche il chip si affinerà e accelererà e la durata del dispositivo sarà ridotta, quindi i prodotti LED deve garantire una dissipazione uniforme del calore. Nel processo di dissipazione del calore dei LED, il "substrato del pacchetto" gioca un ruolo molto chiave, quindi lo sviluppo di materiale del substrato di dissipazione del calore ad alta conduttività termica è diventato un modo importante per risolvere il problema della dissipazione del calore dei dispositivi LED e migliorare l'efficienza luminosa e durata del LED ad alta potenza.
Con l’aumento della potenza dei LED, i tradizionali substrati in resina non sono stati a lungo in grado di far fronte alle esigenze di prestazione di dissipazione del calore. Al giorno d'oggi, la ricerca internazionale in questo campo si concentra principalmente su substrati ceramici ad alta conduttività termica con elevata conduttività termica, coefficiente di dilatazione termica corrispondente ai chip semiconduttori ed elevate proprietà di isolamento.
Nella scelta dei materiali ceramici, le ceramiche Al2O3 e BeO sono i due substrati principali da considerare per un lungo periodo, tuttavia, entrambi presentano carenze intrinseche, ad esempio Al2O3 ha una bassa conduttività termica e un coefficiente di dilatazione termica che non corrisponde ai materiale del truciolo; BeO ha un costo di produzione elevato ed è altamente tossico, il che non favorisce la produzione su larga scala. Inoltre, sebbene il SiC abbia un'elevata conduttività termica e il coefficiente di espansione termica sia il più vicino al Si, la sua temperatura di sinterizzazione raggiunge i duemila gradi, il consumo energetico di preparazione è elevato e il costo di produzione della pressatura a caldo è elevato, il che ne limita anche lo sviluppo e l'applicazione come materiale di substrato.
Oltre a quanto sopra, una scelta migliore è il nitruro di alluminio (AlN), che è uno dei pochi materiali ceramici con un'interessante combinazione di elevata conduttività termica ed eccellenti proprietà di isolamento elettrico, inoltre è ecologico e non tossico. tossico, ma ha anche un'elevata resistenza meccanica e stabilità chimica, può mantenere normali condizioni di lavoro in ambienti difficili. Pertanto, come materiale di dissipazione del calore LED ad alta potenza è più adatto. La tabella seguente confronta le proprietà dell'AlN con altri comuni materiali da imballaggio in ceramica.
Il motivo per cui il nitruro di alluminio (AlN) è particolarmente adatto per l'uso come substrato, soprattutto nel campo dei LED ad alta potenza, si basa principalmente sulla sua serie di eccellenti caratteristiche prestazionali, che risolvono direttamente i principali problemi tecnici dei LED dissipazione del calore e migliorare significativamente le prestazioni complessive e la durata dei dispositivi LED. Quella che segue è una spiegazione dettagliata dei vantaggi del nitruro di alluminio come materiale di substrato:
Eccellente conducibilità termica
Il nitruro di alluminio ha una conduttività termica estremamente elevata, di gran lunga superiore a quella dei tradizionali substrati ceramici Al2O3. L'elevata conduttività termica significa che il substrato di nitruro di alluminio può condurre in modo più efficace il calore generato dal chip LED al sistema di raffreddamento in modo rapido, riducendo così in modo significativo la temperatura di giunzione del chip LED. Ciò è particolarmente importante per i LED ad alta potenza, perché i LED ad alta potenza genereranno più calore durante il funzionamento e, se non possono essere dispersi nel tempo, ciò influenzerà seriamente la loro efficienza luminosa e la loro durata.
Coefficiente di dilatazione termica corrispondente
Il coefficiente di dilatazione termica del nitruro di alluminio è relativamente vicino a quello dei materiali dei chip LED (come il silicio), il che aiuta a ridurre lo stress termico causato dai cambiamenti di temperatura, prevenendo crepe o distacco dell'interfaccia tra il chip e il substrato e migliorare l'affidabilità e la stabilità a lungo termine del dispositivo.
Eccellenti prestazioni di isolamento elettrico
Il nitruro di alluminio non è solo un buon conduttore termico, ma ha anche eccellenti proprietà di isolamento elettrico, fondamentali per le applicazioni LED che richiedono un elevato isolamento elettrico. Garantisce il funzionamento sicuro del circuito LED e previene guasti causati da perdite o cortocircuiti.
Rispettoso dell'ambiente e non tossico
Rispetto ai materiali tossici come BeO, il nitruro di alluminio è atossico e innocuo, soddisfa i requisiti ambientali ed è adatto per la produzione e l'applicazione su larga scala, riducendo i rischi per la salute e l'impatto ambientale nel processo di produzione.
Elevata resistenza meccanica e stabilità chimica
Il substrato AlN ha un'elevata resistenza meccanica, può sopportare maggiori stress meccanici e impatti, mentre anche la sua stabilità chimica è eccellente, può mantenere prestazioni stabili in una varietà di ambienti difficili e prolungare la durata dei prodotti LED.
Il processo di preparazione è relativamente amichevole
Sebbene il processo di preparazione del nitruro di alluminio richieda anche una certa quantità di tecnologia e costi, rispetto ai materiali sinterizzati ad alta temperatura come il SiC, la sua temperatura di sinterizzazione è relativamente bassa, il consumo energetico di preparazione è ridotto e il costo di produzione della pressatura a caldo è controllabile , che favorisce la produzione industriale su larga scala.
In conclusione, il nitruro di alluminio con la sua elevata conduttività termica, coefficiente di dilatazione termica, eccellenti proprietà di isolamento elettrico, protezione ambientale, non tossico, elevata resistenza meccanica e stabilità chimica e processo di preparazione relativamente amichevole, diventano la scelta ideale di alta -materiali del substrato di raffreddamento del LED di potenza. Non solo risolve il problema della dissipazione del calore dei LED, ma migliora anche le prestazioni complessive e la durata dei dispositivi LED e promuove l'ulteriore sviluppo della tecnologia LED.
