تعتبر قدرة تبديد الحرارة الممتازة مهمة جدًا لمصابيح LED، لأنه في عملية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، ستكون هناك كمية كبيرة (70٪ إلى 80٪) من الطاقة يتم تحويلها إلى طاقة حرارية، وكلما زادت الطاقة، كلما زادت الحرارة التي يجب انبعاثها. إذا لم يكن من الممكن تبديد هذه الحرارة في الوقت المناسب، فإن ارتفاع درجة حرارة الوصلات الناتج عن ذلك لن يؤدي فقط إلى انخفاض في الطاقة الضوئية لإخراج LED، ولكن أيضًا ستزداد حدة الشريحة وتسريعها، وسيتم تقصير عمر الجهاز، لذا فإن منتجات LED يجب ضمان تبديد الحرارة على نحو سلس. في عملية تبديد الحرارة LED، تلعب "ركيزة الحزمة" دورًا رئيسيًا للغاية، لذلك أصبح تطوير مادة الركيزة ذات الموصلية الحرارية العالية لتبديد الحرارة طريقة مهمة لحل مشكلة تبديد الحرارة لأجهزة LED وتحسين كفاءة الإضاءة و عمر خدمة LED عالي الطاقة.
مع زيادة طاقة LED، أصبحت ركائز الراتينج التقليدية غير قادرة منذ فترة طويلة على تلبية احتياجات أداء تبديد الحرارة. في الوقت الحاضر، تركز الأبحاث الدولية في هذا المجال بشكل أساسي على ركائز السيراميك ذات الموصلية الحرارية العالية مع الموصلية الحرارية العالية، ومعامل التمدد الحراري المطابق لرقائق أشباه الموصلات، وخصائص العزل العالية.
في اختيار المواد الخزفية، يعد سيراميك Al2O3 وBeO الركيزتين الرئيسيتين اللتين يجب أخذهما في الاعتبار لفترة طويلة، ومع ذلك، كلاهما لهما عيوب متأصلة، مثل أن Al2O3 لديه موصلية حرارية منخفضة ومعامل تمدد حراري لا يتطابق مع مادة الرقاقة تتميز BeO بتكلفة إنتاج عالية وهي شديدة السمية، مما لا يفضي إلى الإنتاج على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن SiC يتمتع بموصلية حرارية عالية ومعامل التمدد الحراري هو الأقرب إلى Si، إلا أن درجة حرارة التلبيد تصل إلى ألفي درجة، واستهلاك طاقة التحضير كبير، وتكلفة إنتاج الضغط الساخن مرتفعة، وهو ما كما يحد من تطويره وتطبيقه كمادة أساسية.
بالإضافة إلى ما سبق، هناك خيار أفضل وهو نيتريد الألومنيوم (AlN)، وهو أحد المواد الخزفية القليلة التي تتمتع بمزيج مثير للاهتمام من الموصلية الحرارية العالية وخصائص العزل الكهربائي الممتازة، بالإضافة إلى أنها صديقة للبيئة وغير ضارة بالبيئة. سامة، ولكنها تتمتع أيضًا بقوة ميكانيكية عالية وثبات كيميائي، ويمكنها الحفاظ على ظروف العمل العادية في البيئات القاسية. ولذلك، باعتبارها مادة تبديد الحرارة LED عالية الطاقة أكثر ملاءمة. يقارن الجدول التالي خصائص AlN بمواد التعبئة والتغليف الخزفية الشائعة الأخرى.
السبب الذي يجعل نيتريد الألومنيوم (AlN) مناسبًا بشكل خاص للاستخدام كركيزة، خاصة في مجال مصابيح LED عالية الطاقة، يعتمد بشكل أساسي على سلسلة خصائص الأداء الممتازة، والتي تحل بشكل مباشر المشكلات التقنية الرئيسية لـ LED تبديد الحرارة، وتحسين الأداء العام وعمر الخدمة لأجهزة LED بشكل ملحوظ. فيما يلي شرح تفصيلي لمزايا نيتريد الألومنيوم كمادة أساسية:
التوصيل الحراري الممتاز
يتمتع نيتريد الألومنيوم بموصلية حرارية عالية للغاية، تتجاوز بكثير تلك الخاصة بالركائز الخزفية التقليدية Al2O3. تعني الموصلية الحرارية العالية أن ركيزة نيتريد الألومنيوم يمكنها توصيل الحرارة الناتجة عن شريحة LED إلى نظام التبريد بشكل أكثر فعالية بسرعة، وبالتالي تقليل درجة حرارة الوصلة لشريحة LED بشكل كبير. هذا مهم بشكل خاص لمصابيح LED عالية الطاقة، لأن مصابيح LED عالية الطاقة ستولد المزيد من الحرارة في العمل، وإذا لم تتمكن من تشتيتها في الوقت المناسب، فسوف يؤثر ذلك بشكل خطير على كفاءتها المضيئة وحياتها.
مطابقة معامل التمدد الحراري
إن معامل التمدد الحراري لنتريد الألومنيوم قريب نسبيًا من معامل التمدد الحراري لمواد شرائح LED (مثل السيليكون)، مما يساعد على تقليل الضغط الحراري الناجم عن التغيرات في درجات الحرارة، ومنع تشقق أو تقشير الواجهة بين الشريحة والركيزة ، وتحسين موثوقية الجهاز واستقراره على المدى الطويل.
أداء عزل كهربائي ممتاز
لا يعد نيتريد الألومنيوم موصلًا حراريًا جيدًا فحسب، بل يتمتع أيضًا بخصائص عزل كهربائي ممتازة، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات LED التي تتطلب عزلًا كهربائيًا عاليًا. إنه يضمن التشغيل الآمن لدائرة LED ويمنع الفشل الناتج عن التسرب أو ماس كهربائى.
صديقة للبيئة وغير سامة
بالمقارنة مع المواد السامة مثل BeO، فإن نيتريد الألومنيوم غير سام وغير ضار، ويلبي المتطلبات البيئية، ومناسب للإنتاج والتطبيق على نطاق واسع، مما يقلل من المخاطر الصحية والآثار البيئية في عملية الإنتاج.
قوة ميكانيكية عالية وثبات كيميائي
تتمتع الركيزة AlN بقوة ميكانيكية عالية، ويمكنها تحمل قدر أكبر من الضغط والتأثير الميكانيكي، في حين أن ثباتها الكيميائي ممتاز أيضًا، ويمكنها الحفاظ على أداء مستقر في مجموعة متنوعة من البيئات القاسية، وإطالة عمر خدمة منتجات LED.
عملية التحضير ودية نسبيًا
على الرغم من أن عملية تحضير نيتريد الألومنيوم تتطلب أيضًا قدرًا معينًا من التكنولوجيا ومدخلات التكلفة، مقارنة بالمواد الملبدة ذات درجة الحرارة العالية مثل SiC، فإن درجة حرارة التلبيد منخفضة نسبيًا، واستهلاك طاقة التحضير صغير، ويمكن التحكم في تكلفة إنتاج الضغط الساخن. ، وهو ما يفضي إلى الإنتاج الصناعي على نطاق واسع.
في الختام، نيتريد الألومنيوم مع الموصلية الحرارية العالية، ومعامل التمدد الحراري المطابق، وخصائص العزل الكهربائي الممتازة، وحماية البيئة، وغير سامة، والقوة الميكانيكية العالية والاستقرار الكيميائي، وعملية التحضير الودية نسبيا، تصبح الاختيار المثالي عالية -مواد الركيزة التبريد LED الطاقة. إنه لا يحل مشكلة تبديد حرارة LED فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين الأداء العام وعمر الخدمة لأجهزة LED، ويعزز التطوير الإضافي لتقنية LED.
