La rapida evoluzione della tecnologia LED richiede materiali avanzati e processi di produzione per soddisfare i requisiti di prestazione crescente. I substrati di rame traplati (DPC) di nitruro di alluminio (ALN) sono emersi come pietra miliare per le applicazioni a LED di prossima generazione, guidate dalle loro proprietà termiche, elettriche e meccaniche senza pari. Questo articolo esamina il ruolo critico dei substrati DPC ALN nel settore LED, concentrandosi su caratteristiche dei materiali, innovazioni di processo e vantaggi specifici per l'applicazione.
1. Superiorità materiale: ceramica di alta purezza
I substrati ceramici di nitruro di alluminio, in particolare quelli fabbricati da ceramica aln ad alta purezza (purezza ≥99,5%), mostrano proprietà eccezionali essenziali per LED ad alte prestazioni:
Conducibilità termica: 170–220 W/m · K, superando l'allumina convenzionale (Al₂o₃) di 8-10 ×, consentendo un'efficace dissipazione di calore nei LED ad alta potenza.
Coefficiente di espansione termica (CTE): 4,5–5,5 ppm/° C (25–300 ° C), strettamente abbinato a materiali a semiconduttore (ad es. GAN: 5,6 ppm/° C), minimizzando lo stress interfacciale.
Resistenza dielettrica: ≥15 kV/mm, garantendo l'isolamento elettrico in funzionamento ad alta tensione.
Robustezza meccanica: resistenza alla flessione di 300–400 MPa e durezza di 12 GPa, critica per la durata in ambienti difficili.
Questi parametri posizionano i substrati ceramici aln come piattaforma ideale per l'imballaggio a LED ad alta densità e ad alta affidabilità.
2. Vantaggi del processo dei substrati DPC
Il substrato DPC per ICS sfrutta la precisione di livello semiconduttore per affrontare le sfide della miniaturizzazione e della densità di potenza a LED. Le innovazioni chiave di processo includono:
Passaggio 1: sputtering magnetron
Uno strato di semi di titanio/rame (Ti/Cu) su scala di nano sulla superficie ceramica Aln tramite sputtering di magnetron. Ciò crea un solido legame chimico all'interfaccia ceramica-metallo, raggiungendo la resistenza dell'adesione> 20 MPa, essenziale per prevenire la delaminazione in ciclo termico.
Passaggio 2: ispessimento elettroplativo
Gli strati di rame sono elettroplati con precisione di spessore controllata a 10-300 μm. Ciò equilibra la capacità di carico ad alta corrente (ad es.> 10 a/mm²) con resistenza termica ottimizzata (<0,1 ° C/p), risolvendo il compromesso tra la manipolazione dell'alimentazione e la dissipazione del calore.
Passaggio 3: incisione fotolitografica
La fotolitografia di livello semiconduttore definisce i modelli di circuiti con larghezze della linea <30 μm, soddisfacendo le richieste di interconnessione su scala micron di mini/micro LED (tono ≤50 μm). L'uniformità di attacco (≤ ± 5%) garantisce l'integrità del segnale ed elimina i rischi di corto circuito nei layout ultra-densi.
3. Scenari di applicazione: substrati DPC ALN nei LED
3.1 illuminazione automobilistica ad alta potenza
I substrati ALN DPC consentono moduli LED con efficacia luminosa che superano i 2000 lumen e le vite> 50.000 ore (3 × più lunghe rispetto alle soluzioni basate su FR4). La loro bassa resistenza termica impedisce l'ammortamento del lume in base al funzionamento ad alta corrente sostenuto (ad es. Currenti di azionamento 5A).
3.2 display Mini/Micro LED
I circuiti ultra-fini (<30 μm di larghezza della linea) supporta l'imballaggio su scala chip (CSP) per Mini/Micro LED, raggiungendo densità di pixel> 10.000 PPI. Il design abbinato CTE elimina l'affaticamento dell'articolazione di saldatura in array multi-chip.
3.3 LED Ultravioletti profondi (UVC)
La trasparenza UV di ALN (trasmittanza dell'80% a 265 nm) e la resistenza alla corrosione massimizza l'uscita UVC (280 nm) sostenendo una durata di vita> 10.000 ore in sistemi di sterilizzazione ad alta umidità.
3.4 Sistemi di illuminazione aerospaziale
I substrati ALN DPC funzionano in modo affidabile in condizioni estreme:
Intervallo di temperatura: da -100 ° C a +200 ° C (ciclo termico satellitare).
Resistenza alle vibrazioni: fino a 20 g (lancio/reëntry).
Durezza delle radiazioni: tolleranza TID> 100 Krad (SI), critico per l'illuminazione della stazione spaziale.
L'integrazione della ceramica ALN ad alta purezza con la metallizzazione di precisione di DPC stabilisce i substrati DPC ALN come soluzione trasformativa per l'industria a LED. Affrontando i colli di bottiglia termici, elettrici e di miniaturizzazione, danno potere alle innovazioni nei settori automobilistico, display, UVC e aerospaziale, che mettono in considerazione nuovi parametri di riferimento per prestazioni, affidabilità e scalabilità. Man mano che le densità di potenza LED continuano ad aumentare, l'adozione di substrati in ceramica ALN rimarrà fondamentale per raggiungere le tecnologie di illuminazione e visualizzazione di prossima generazione.
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