金刚石热沉片，大功率LED的“灵丹妙药”

与传统照明光源相比，大功率LED 照明光源是固体冷光灯，具备使用寿命长、光效度高、无辐射、耗电量较少、抗冲击和耐震特性好、安全性较高等优点。但是，大功率LED在使用过程中容易出现温度过高的情况，尤其是发热问题。LED属于高温敏感元件，如果其发热量很大、温度过高，会直接影响光照效果、光色温度等，甚至会对它的正常使用产生严重影响。对此，加强对大功率LED散热问题刻不容缓。

大功率LED存在的散热问题：

1. 热膨胀导致零部件弯曲和龟裂
大功率LED 由许多零部件组成，各种零部件的材料不同，热胀冷缩的幅度也不相同。在热膨胀时，零部件材料会发生弯曲和龟裂，从而导致产品散热不良，严重降低大功率LED的使用效率。

2. 电子电路的运行障碍
如果导体元器件的工作温度升高，电源的阻抗会减小，很容易进入“温度上升—阻抗降低—电压升高—热增强—温度上升”的恶性循环，甚至出现烧断的现象。

3 .高温导致材料品质降低
一般来说，大功率LED所用的金属材质都易于氧化，且温度越高氧化速度越快。高温氧化会缩短它的寿命。

金刚石的禁带宽度为5.47 eV，金刚石除了具备超高热导率之外，其电学特性也非常好：

①极高的击穿电场：高达109Vem-1，是砷化镓材料的17倍，氮化镓材料的2倍，碳化硅材料的2.5倍。

②饱和载流子速度：在饱和载流子速度方面金刚石是硅、砷化镓的2.7倍，而且载流子速度比砷化镓的峰值还要大，即在电场强度增加时也可维持其高的速率。

③载流子迁移率：金刚石的电子迁移率与空穴迁移率都优于其它半导体材料，室温下电子的迁移率为4500 cm2/V·S，而硅仅为1500 cm2/V·S，砷化镓为8500 cm2/V·S，氮化镓低于1000 cm2/V·S；金刚石空穴迁移率为3800 cm2/V·S，而硅仅为600 cm2/V·S，砷化镓为400 cm2/V·S，氮化镓为<50 cm2/V·S，因而，金刚石可以制作高频电子器件。

④低的介电常数：金刚石的介电常数为5.7，约为砷化镓的二分之一，小于InP的一半，即在给定的频率下，金刚石半导体具有优越的容性负载，这为毫米波器件的设计提供了极大的方便。

图1    四种半导体材料的对比

由此，金刚石因其具备其它三种材料所不具备的超高热导率成为了大功率LED散热的主力。

图2    是否有金刚石薄膜（热沉片）的封装

由图：将金刚石薄膜（即金刚石热沉片）用作大功率LED的散热片可以有效地降低LED的工作温度。在相同的制备成本下，提高金刚石薄膜的生长速度比提高金刚石薄膜的质量，能更有效地提高散热效果。金刚石的热导率极高，所以LED灯管产生的热量会快速传递给金刚石，使LED保持较低的正常工作温度。

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