金刚石具有带隙宽、热导率高、耐高温、抗酸碱、抗腐蚀、抗辐照等优越性能,在高功率、高频、高温领域等方面发挥重要作用,被视为目前最有发展前途的宽禁带半导体材料之一。
目前,大功率 LED 灯管普遍存在高功率下结温过高、传统散热体积大、热膨胀不匹配、以及散热效率面临瓶颈,功率密度上不去等现实问题。LED灯若工作时散热不良,这些热量会集中在芯片附近,导致结温升高,进而直接影响灯具性能。金刚石热沉片凭借其优异特性能在迅速导热降低结温温度、提升发光效率和光衰稳定性、显著延长LED寿命和降低热应力,提升可靠性四个方面发挥重要作用。
在 LED 灯管中金刚石热沉片的实际应用方案
(1)金刚石衬底
主要路线有两种,一是让LED 外延层直接生长在单晶金刚石上,热阻最低,适合超高压、超高功率 LED;二是通过晶圆键合技术,把 GaN 面贴到金属化单晶金刚石上,再激光剥离掉原来的蓝宝石衬底,最终形成键合层,主要用于大功率 LED 灯管、UV 器件。
(2)金刚石热沉片 + 倒装LED芯片
将LED 倒装芯片共晶焊在金刚石热沉上,使金刚石背面金属化,再焊接到铝基板或铜基板,最终贴合灯管铝型材外壳散热,此种方法路径最短、效率最高且出光效率高,适合客户用于高端商用/工业灯管。

(倒装LED结构示意图)
(3)金刚石薄膜覆铜基板
主要方式是将金刚石膜 + 铜层复合,把金刚石作为绝缘散热层,表面直接做铜线路,LED 芯片直接贴装在上面,省去一层热沉。其兼具高导热、绝缘与布线能力,适合 LED 灯管的模块化散热基板。此方案适合客户用于标准化大批量灯管的生产。

化合积电(厦门)半导体科技有限公司作为一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业,可提供尺寸、厚度、形状定制化的高质CVD金刚石热沉片,致力于为国内外客户提供优质高效的半导体材料解决方案。