Vergelijking van verschillende LED-substraatmaterialen

Vergelijking van verschillende LED-substraatmaterialen

 

Bij het selecteren van substraatmaterialen worden over het algemeen materialen met een hoge thermische geleidbaarheid geselecteerd als substraten, en de equivalente thermische weerstand van deze materialen wordt berekend en vergeleken, en vervolgens worden materialen geselecteerd die gunstiger zijn voor warmteafvoer van high-power LED's. Laten we eens kijken naar de prestatievergelijking van de volgende substraatmaterialen.

Berylliumoxide substraat

 

Berylliumoxide is een uitstekende thermische geleider met een hoge hardheid en sterkte, en de thermische geleidbaarheid van het oxidesubstraat is meer dan tien keer die van het aluminasubstraat, wat geschikt is voor hoogvermogencircuits, en de diëlektrische constante is laag, en het kan ook worden gebruikt voor hoogfrequente circuits. Maar de kosten zijn hoger.

 

Aluminium nitride substraten

Aluminium nitride, in tegenstelling tot alumina, komt niet van nature voor in de natuur. Daarom moet aluminium nitride kunstmatig worden vervaardigd en is de prijs van aluminium nitride duurder dan die van aluminiumoxide. De uitstekende eigenschappen zijn dezelfde thermische geleidbaarheid als berylliumoxide, evenals goede elektrische isolatie-eigenschappen en diëlektrische eigenschappen. Vergeleken met alumina is de isolatieweerstand, isolatieweerstandsspanning hoger en is de diëlektrische constante lager, met name de thermische geleidbaarheid van aluminium nitride is meer dan 10 keer die van alumina en CTE komt overeen met de siliciumwafer. Aluminium nitride is een van de weinige materialen met een goede thermische geleidbaarheid en goede elektrische isolatie-eigenschappen.

 

Keramische substraten

Van de praktische keramische substraatmaterialen heeft alumina een lage prijs en zijn algehele prestaties zijn de beste in termen van mechanische sterkte, isolatie, thermische geleidbaarheid, hittebestendigheid, thermische schokbestendigheid, chemische stabiliteit, enz., en het wordt het meest gebruikt als substraatmateriaal. De glassamenstelling van alumina-keramiek bestaat over het algemeen uit silica en andere oxiden en het glasgehalte kan variëren van zeer hoog tot zeer laag, omdat de thermische geleidbaarheid van glas zeer slecht is, daarom moet er aandacht worden besteed aan de thermische geleidbaarheid van keramiek met een hoog glasgehalte bij het vervaardigen van circuits met hoge dichtheid en hoog vermogen.

 

SiC-substraten

SiC is een sterke covalente bindingsverbinding, op diamant na de hardste, en het heeft een uitstekende slijtvastheid en chemische bestendigheid. De thermische geleidbaarheid van hoogzuivere enkelvoudige kristallen staat ook op de tweede plaats na diamant. Vergeleken met andere materialen is de thermische diffusiecoëfficiënt groot, zelfs groter dan die van koper, en de thermische uitzettingscoëfficiënt ligt dicht bij die van silicium. Bij kamertemperatuur is de thermische geleidbaarheid hoger dan die van aluminium, tot wel 20 keer die van alumina substraten, maar de thermische geleidbaarheid neemt aanzienlijk af naarmate de temperatuur stijgt. Vergeleken met alumina heeft het een hoge diëlektrische constante en heeft het een differentiële isolatieweerstandsspanning.

 

AlSiC-substraten

Als versterkend materiaal hebben SiC-deeltjes de voordelen van uitstekende prestaties en lage kosten, en hun CTE ligt het dichtst bij de CTE van Si, en de thermische geleidbaarheid

 

Het is 80-170W/(mK), de elasticiteitsmodulus is 450GPa en de dichtheid is 3,2 g/; Als substraatmateriaal heeft Al de voordelen van een hoge thermische geleidbaarheid (170-220 W/(mK)), een lage dichtheid (279 g/), een lage prijs en een eenvoudige verwerking, maar het nadeel is dat de CTE hoog is. Nadat de twee composietmaterialen zijn gevormd, kunnen ze echter volledig profiteren van de voordelen van A1 en hun respectievelijke voordelen en hun respectievelijke tekortkomingen overwinnen, zodat ze uitstekende algehele prestaties kunnen leveren.

 

De thermische geleidbaarheid van AlSiC is ongeveer 10 keer die van Kovar-legering en alumina, en vergelijkbaar met die van Si en Cu-W. De CTE van AlSiC is vergelijkbaar, en de CTE kan worden aangepast door de hoeveelheid toevoeging, zodat de exacte thermische uitzettingscoëfficiënt kan worden afgestemd, zodat de grensvlakspanning van aangrenzende materialen kan worden geminimaliseerd, en high-power chips kunnen direct op het substraat worden gemonteerd zonder zich zorgen te maken over hun mismatch-spanning.