分析！什么样的散热基板适合大功率LED

LED照明是一种可以发光的二极管，用半导体芯片作为发光材料，其通过电致发光，将电能直接转化为光能的新型节能照明光源。如今LED照明向高效率、高密度、大功率等方向发展，开发性能优越的散热材料已成为解决LED散热问题的当务之急。那么什么样的散热材料适合大功率LED呢？

一，大功率LED对散热材料的新要求

1，大功率led散热的原理

大功率LED所产生的热量主要通过基板材料传导到外壳而散发出去的，不同的基板材料，导热性能各异。为使得LED结温保持在较低温度下，必须采用高热导率、低热阻的散热基板材料和合理的封装工艺，以降低LED总体的封装热阻。

常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝、铜）、陶瓷（氮化铝、氧化铝）和复合材料等。虽然金属材料有较高的导热系数，但它与LED芯片衬底较高的热失配难以满足大功率LED封装要求；而复合材料热导率太低无法解决大功率LED散热问题。

如果不解决好散热问题，芯片内部热量的聚集会导致温度不断升高，易引起发光波长漂移、荧光粉加速老化、出光效率下降和使用寿命缩短等一系列问题。

2，大功率LED对散热基板材料的要求

散热基板作为热流的主要通路在高功率LED的封装应用中是必不可少的，它对于提高器件的散热效率、降低结温、提高器件的可靠度和寿命起着十分重要的作用。

LED 散热基板的作用是吸收芯片产生的热，并传导至热沉上，从而实现与芯片外界的热交换。

因此，作为LED的理想散热基板必须在物理性质、化学性质、电学性质方面具有以下几个特性：

1）良好的化学稳定性和耐腐蚀性

2）高的热导率，热膨胀系数与芯片材料相匹配

3）低的介电常数和介电损耗

4）电绝缘性好，并具有很高的机械强度

5）价格低廉、易加工

6）密度小、无毒

二，多种材质陶瓷基板性能分析

1，氧化铝陶瓷基板

氧化铝是在所有使用陶瓷基板中价格较低、综合性能与作为基板材料使用最多的材料。氧化铝陶瓷的玻璃成分一般由二氧化硅和其他氧化物组成，玻璃含量可由高变低，因为玻璃的导热性差，因此玻璃含量高的陶瓷导热性在制造高密度、大功率电路时需要格外注意，氧化铝原材料与加工成品的匹配性需严格控制。

COB 陶瓷基板.jpg

96氧化铝cob陶瓷基板

2，氧化铍基板

具有高硬度和强度的优异热导体，这种材质的基板导热率是氧化铝基板的十几倍，适用于大功率电路，并且介电常数又低，还可用于高频电路，但是成本较高，氧化铍粉末及其蒸汽对人体有害，存在环境问题。

3，氮化铝陶瓷基板

氮化铝陶瓷基板作为一种具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与硅相匹配的热膨胀系数等优异性能的材料，具备良好的绝缘和机械性能，在高频电信、LED照明、新能源汽车、高铁、风能和光伏发电等新兴领域的商业化应用逐渐普及。

氮化铝与氧化铝不同，在自然界没有天然形成，需要人工制备氮化铝。这使得AlN材料制作工艺比较复杂，生产成本较高，且目前大部分国产AlN材料制作尚且达不到高导热、高强度的应用研究。

4，氮化硅陶瓷基板

碳化硅的硬度仅次于金刚石，高纯度单晶体的导热率也仅次于金刚石。与其他材料相比，其热扩散系数很大，甚至比铜还大，且热膨胀系数与硅接近。室温下热导率比铝高，可达氧化铝基板的20倍以上，但热导率会随温度的升高明显下降。与氧化铝相比，其介电常数高，绝缘耐压性差。

5，铝碳化硅基板（AI/SiC）

近年来，铝碳化硅基板（AI/SiC）由于具有原料成本低、导热高、密度低、可塑性强等优点而越来越受到人们的关注。SiC 颗粒的热膨胀系数与LED芯片衬底的热膨胀系数相近，且弹性模量高，密度较小；同时铝的高导热、低密度、低成本和易加工等特点，使其用作基板材料时具有独特的优势，因此，两种材料复合得到的铝碳化硅基板综合性能优良，可应用于大功率LED基板。

铝碳化硅陶瓷基板