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超高亮度显示器的散热,金刚石热沉片势在必行!

发表时间:2022-09-21 10:45作者:化合积电网址:https://www.csmc-semi.com/

应用环境实际要求显示器需以较高的显示亮度在高温环境下保持正常工作。在工作过程中,显示器产生的高热量加剧了其内部温升。高温会导致显示器组成材料的物理性能或尺寸发生改变,也会给温度敏感元器件带来失效的风险。同时,超高亮度显示器主要通过提高LED 光源能量的方式来实现,而 LED 光源能量的提升会导致显示器内部的热能急剧增大。热量的快速积聚不仅会导致 LED 光源输出光强度减弱,甚至会引起 LED 光源主波长发生漂移,从而导致显示器的亮度降低和色温发生变化,影响显示画面质量。有资料表明,电子设备的失效有 55% 是由温度引起的。著名的“10℃法则”指出:半导体器件的温度每升高 10℃,其可靠性就会降低 50%。器件的可靠性对温度十分的敏感,在 70℃~80℃水平上,温度每增加 1℃,器件可靠性下降 5%。因此,为了让超高亮度显示器能够安全高效的工作,一个具有超高热导率的散热材料应运而生。


图1 显示器的模型




为了保证LED 光源在高温环境下正常工作,采传统的直接背胶贴合到金属结构件的制作方式形成的 LED 光源组件,已经不能满足 LED 光源散热需求。并且金属铝、铜的热膨胀系数较大, 可能造成比较严重的热失配问题。Al2O3的热膨胀系数 (7.2×10-6/℃) 和介电常数 (9.7) 相对Si单晶而言偏高, 热导率 (15-35W/ (m·K)) 仍然不够高, 导致Al2O3陶瓷也并不适合在高频、大功率电子器件的使用;氧化铍生产成本较高并且有剧毒;SiC陶瓷的热导率很高,且SiC结晶的纯度越高, 热导率越大;SiC最大的缺点就是介电常数太高, 而且介电强度低, 从而限制了它的高频应用, 只适于低密度散热封装;AlN材料介电性能优良、化学性能稳定, 尤其是它的热膨胀系数与硅较匹配等特点使其能够作为很有发展前景的半导体封装基板散热材料, 但热导率目前最高也只能260W/ (m·K),随着LED芯片集成度以及功率的升高,AlN材料也有一定的发展瓶颈。

图2 金刚石与其他散热材料的比较

由图可得:金刚石的热导率和热膨胀系数相较于其他的材料而言,CVD金刚石的热导率可高达2000 W/(m.K),热膨胀系数约为1.1×10-6(/℃)。使它成为最理想的高功率LED的散热材料。




化合积电专注于高品质金刚石材料和器件研发、生产和销售,现有核心产品晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石基氮化镓外延片、金刚石基氮化铝薄膜等。晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra<1nm;金刚石热沉片热导率高达1000-2000W/m.k,技术指标皆达世界领先水平。采用金刚石热沉(散热片)的大功率半导体激光器在光通信,在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等方面都有应用;作为模范企业,我们致力于为客户提供最全面的金刚石热管理解决方案。


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