Confronto di diversi materiali del substrato LED

Confronto di diversi materiali del substrato LED

 

Quando si selezionano i materiali del substrato, in genere vengono selezionati come substrati materiali con elevata conduttività termica, e viene calcolata e confrontata la resistenza termica equivalente di questi materiali, quindi vengono selezionati materiali più favorevoli alla dissipazione del calore dei LED ad alta potenza. Diamo un'occhiata al confronto delle prestazioni dei seguenti materiali del substrato.

Substrato di ossido di berillio

 

L'ossido di berillio è un eccellente conduttore termico con elevata durezza e resistenza, e la conduttività termica del substrato di ossido è più di dieci volte quella del substrato di allumina, che è adatto per circuiti ad alta potenza, e la sua costante dielettrica è bassa, e può anche essere utilizzato per circuiti ad alta frequenza. Ma il suo costo è più alto.

 

Substrati di nitruro di alluminio

Il nitruro di alluminio, a differenza dell'allumina, non è presente in natura. Pertanto, il nitruro di alluminio deve essere prodotto artificialmente e il prezzo del nitruro di alluminio è più costoso di quello dell'ossido di alluminio. Le sue eccellenti proprietà eccezionali sono la stessa conduttività termica dell'ossido di berillio, nonché buone proprietà di isolamento elettrico e proprietà dielettriche. Rispetto all'allumina, la resistenza di isolamento, la tensione di tenuta dell'isolamento sono più elevate e la costante dielettrica è inferiore, in particolare la conduttività termica del nitruro di alluminio è più di 10 volte quella dell'allumina e il CTE corrisponde al wafer di silicio. Il nitruro di alluminio è uno dei pochi materiali che ha una buona conduttività termica e buone proprietà di isolamento elettrico.

 

Substrati ceramici

Tra i materiali di substrato ceramico pratici, l'allumina ha un prezzo basso e le sue prestazioni complessive sono le migliori in termini di resistenza meccanica, isolamento, conduttività termica, resistenza al calore, resistenza agli shock termici, stabilità chimica, ecc., ed è utilizzata maggiormente come materiale di substrato. La composizione in vetro della ceramica di allumina è generalmente composta da silice e altri ossidi e il contenuto di vetro può variare da molto alto a molto basso, perché la conduttività termica del vetro è molto scarsa, pertanto, la conduttività termica della ceramica con alto contenuto di vetro deve essere tenuta in considerazione quando si producono circuiti ad alta densità e ad alta potenza.

 

Substrati SiC

Il SiC è un composto con forte legame covalente, secondo solo al diamante in durezza, e ha un'eccellente resistenza all'usura e resistenza chimica. Anche la conduttività termica dei monocristalli ad alta purezza è seconda solo al diamante. Rispetto ad altri materiali, il suo coefficiente di diffusione termica è elevato, persino maggiore di quello del rame, e il suo coefficiente di espansione termica è vicino a quello del silicio. A temperatura ambiente, la sua conduttività termica è superiore a quella dell'alluminio, fino a oltre 20 volte quella dei substrati di allumina, ma la sua conduttività termica diminuisce significativamente con l'aumento della temperatura. Rispetto all'allumina, ha un'elevata costante dielettrica e ha una tensione di tenuta all'isolamento differenziale.

 

Substrati AlSiC

Come materiale di rinforzo, le particelle di SiC hanno il vantaggio di prestazioni eccellenti e costi contenuti, e il loro CTE è il più vicino al CTE del Si, e la conduttività termica

 

È 80-170W/(mK), il modulo elastico è 450GPa e la densità è 3,2g/; Come materiale di substrato, Al ha i vantaggi di un'elevata conduttività termica (170-220 W/(mK)), bassa densità (279 g/), basso prezzo e facile lavorazione, ma il suo svantaggio è che il CTE è elevato. Tuttavia, dopo che i due materiali compositi sono formati, possono dare pieno gioco ai vantaggi di A1 e ai rispettivi vantaggi e superare i rispettivi difetti, così possono mostrare eccellenti prestazioni complessive.

 

La conduttività termica di AlSiC è circa 10 volte quella della lega Kovar e dell'allumina, e paragonabile a quella di Si e Cu-W. Il CTE di AlSiC è simile, e il CTE può essere regolato dalla quantità di aggiunta, in modo che il coefficiente esatto di espansione termica possa essere abbinato, in modo che lo stress interfacciale dei materiali adiacenti possa essere ridotto al minimo, e i chip ad alta potenza possano essere montati direttamente sul substrato senza preoccuparsi del loro stress di disadattamento.