影响LED器件散热的因素包括芯片结构、热界面材料(thermal interface material,TIM)、散热基板材料、封装结构等。要提高LED器件散热性能,除芯片本身及封装结构降低器件热阻,就必须开发具有高热导率的封装用散热材料,同时探索低成本开发及制备工艺。
热界面材料
LED封装应用的热界面材料主要包括导热胶、导电银胶、金属焊膏等。这些材料主要应用与封装中材料粘接、电路导通或提升器件机械性能。导热胶通常采用环氧树脂或有机硅作为主要成分,填充以SiC、AlN、Al2O3、SiO2等无机物以提高热导率,导热性能最差。而导电银胶则通常采用微米或纳米银粉填充入环氧树脂形成具有导热、导电及粘结性能的复合材料,但其导热性能差于共晶焊技术。金属焊膏则通常应用与丝网印刷和回流工艺,成本低、强度高、导热和导电性能好,在微电子和光电子器件封装中具有广泛应用。
随着LED功率密度和封装集成度的提高,需要具有更高热导效率的新型热界面材料,以提升散热能力,确保器件性能。新型复合材料技术如石墨烯、碳纳米管、纳米银线进行复合,或利用无机官能团进行修饰的有机硅等有望成为突破LED封装热阻限制的新型热界面材料技术。
对于大功率LED封装而言,理想的热界面材料除了具有高热导率(降低热阻)外,还要求具有与芯片衬底材料相匹配的热膨胀系数和弹性模量(降低界面热应力),同时还要有机械性能好、使用温度高、材料和工艺成本低等要求。