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分析!什么样的散热基板适合大功率LED

22 2022-10-19
散热基板

                                                              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 

综上所述,氮化铝陶瓷基板和铝碳化硅陶瓷基板比较适应于大功率LED散热基板的应用,能有效的解决大功率LED的照明问题。

 

 


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