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超高功率LED散热关键材料:金刚石热沉片

时间:2024-05-31浏览次数:88

超高功率LED有源区的功率密度极大,达到了1kW/cm2甚至更高。传统外延层常用的衬底是蓝宝石、碳化硅和硅,热导率在25-400W/(m·K),即使使用碳化硅衬底,也只能低于200W/cm,散热问题成了超高功率LED器件发展的最大的技术瓶颈。金刚石热沉片热导率达到2000W/(m·K),是理想的散热材料,可以降低器件热阻,提高功率密度,是制造大功率LED的绝佳材料。

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图片1 超高功率LED

在电子学上,金刚石具有许多优良的电气性质,如:5.45eV的宽带隙,10MV/cm的高击穿电场。金刚石的击穿电压比硅高514倍,而6H-SiC、4H-SiC和GaN则分别比硅高56、46和34倍。器件的工作温度大于500℃,在高功率、高温度和恶劣环境工作的器件应用前景广阔。


 在热学方面,金刚石的热导率高达2000W/(m·K)。由于生长工艺的特性,多晶结构的金刚石薄膜的组织呈微小的柱状结构,如图(a)所示。其热导率具有高度的各向异性,如图(b)所示。

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图片2 各向异性的CVD金刚石薄膜

性能测试:

金刚石热沉片的散热性能通过测量集成在其表面的LED的工作温度来进行衡量:将沉积有金刚石薄膜的Si片表面直接用来封装LED发热单元,然后进行测试,测试方法为给LED器件施加相同的电耗功率,然后记录不同时间LED器件表面的温度(A系列有金刚石膜散热层,B系列没有),以衡量金刚石膜散热层的散热效果。如果没有散热层,直接将LED 封装在Si表面,温升比有散热的层速度快很多,测试结果如下:

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图片3 样品的散热测试结果

显然,在有金刚石膜散热层的A系列在同样长短的时间内温度降低得更快,说明金刚石膜具备更好的的散热效果。

 

金刚石热沉片是大功率LED散热的绝佳材料,化合积电专注于高质量金刚石的生产与制备,持续推动金刚石热沉片在大功率器件散热研究,核心产品有晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基异质集成复合衬底等,金刚石热沉片热导率达1000-2000W/m.k,将助力大功率LED轻松破解散热难题。


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