Vergleich verschiedener LED-Substratmaterialien

Vergleich verschiedener LED-Substratmaterialien

 

Bei der Auswahl der Substratmaterialien werden im Allgemeinen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Substrate ausgewählt. Der äquivalente Wärmewiderstand dieser Materialien wird berechnet und verglichen. Anschließend werden Materialien ausgewählt, die für die Wärmeableitung von Hochleistungs-LEDs günstiger sind. Werfen wir einen Blick auf den Leistungsvergleich der folgenden Substratmaterialien.

Berylliumoxid-Substrat

 

Berylliumoxid ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter mit hoher Härte und Festigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit des Oxidsubstrats ist mehr als zehnmal so hoch wie die des Aluminiumoxidsubstrats. Es eignet sich für Hochleistungsschaltkreise und hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante. Es kann auch für Hochfrequenzschaltkreise verwendet werden. Aber die Kosten sind höher.

 

Aluminiumnitrid-Substrate

Aluminiumnitrid kommt im Gegensatz zu Aluminiumoxid nicht natürlich in der Natur vor. Daher muss Aluminiumnitrid künstlich hergestellt werden und ist teurer als Aluminiumoxid. Seine herausragenden Eigenschaften sind die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie Berylliumoxid sowie gute elektrische Isoliereigenschaften und dielektrische Eigenschaften. Im Vergleich zu Aluminiumoxid sind der Isolationswiderstand und die Isolationsspannungsfestigkeit höher und die Dielektrizitätskonstante niedriger. Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid mehr als zehnmal so hoch wie die von Aluminiumoxid und der CTE entspricht dem von Siliziumwafern. Aluminiumnitrid ist eines der wenigen Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit und guten elektrischen Isoliereigenschaften.

 

Keramische Substrate

Aluminiumoxid ist unter den keramischen Substratmaterialien am günstigsten und weist die beste Gesamtleistung in Bezug auf mechanische Festigkeit, Isolierung, Wärmeleitfähigkeit, Hitzebeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit, chemische Stabilität usw. auf. Daher wird es am häufigsten als Substratmaterial verwendet. Die Glaszusammensetzung von Aluminiumoxidkeramiken besteht im Allgemeinen aus Siliziumoxid und anderen Oxiden, und der Glasgehalt kann von sehr hoch bis sehr niedrig variieren, da die Wärmeleitfähigkeit von Glas sehr schlecht ist. Daher muss bei der Herstellung von Schaltkreisen mit hoher Dichte und hoher Leistung auf die Wärmeleitfähigkeit von Keramiken mit hohem Glasgehalt geachtet werden.

 

SiC-Substrate

SiC ist eine stark kovalent gebundene Verbindung, die in ihrer Härte nur von Diamant übertroffen wird, und weist eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit auf. Die Wärmeleitfähigkeit von hochreinen Einkristallen ist ebenfalls nur von Diamant übertroffen. Im Vergleich zu anderen Materialien ist sein Wärmediffusionskoeffizient hoch, sogar höher als der von Kupfer, und sein Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe an dem von Silizium. Bei Raumtemperatur ist seine Wärmeleitfähigkeit höher als die von Aluminium, bis zu mehr als dem 20-fachen von Aluminiumoxidsubstraten, aber seine Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur deutlich ab. Im Vergleich zu Aluminiumoxid hat es eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine differenzielle Isolationsfestigkeitsspannung.

 

AlSiC-Substrate

Als Verstärkungsmaterial haben SiC-Partikel die Vorteile einer hervorragenden Leistung und niedriger Kosten, und ihr CTE kommt dem CTE von Si am nächsten, und die Wärmeleitfähigkeit

 

Es beträgt 80-170 W/(mK), der Elastizitätsmodul beträgt 450 GPa und die Dichte beträgt 3,2 g/; Als Substratmaterial hat Al die Vorteile einer hohen Wärmeleitfähigkeit (170-220 W/(mK)), einer geringen Dichte (279 g/), eines niedrigen Preises und einer einfachen Verarbeitung, aber sein Nachteil ist, dass der CTE hoch ist. Nachdem die beiden Verbundmaterialien gebildet wurden, können sie jedoch die Vorteile von A1 und ihre jeweiligen Vorteile voll ausspielen und ihre jeweiligen Nachteile überwinden, sodass sie eine hervorragende Gesamtleistung zeigen können.

 

Die Wärmeleitfähigkeit von AlSiC ist etwa zehnmal so hoch wie die von Kovar-Legierungen und Aluminiumoxid und vergleichbar mit der von Si und Cu-W. Der CTE von AlSiC ist ähnlich und kann durch die Zugabemenge angepasst werden, sodass der genaue Wärmeausdehnungskoeffizient angepasst werden kann, wodurch die Grenzflächenspannung benachbarter Materialien minimiert werden kann und Hochleistungschips direkt auf dem Substrat montiert werden können, ohne dass man sich um ihre Fehlanpassungsspannung sorgen muss.