Die Junctiontemperatur und das thermische Management von HB-LEDs hat Heraeus weiter optimiert. Das Fraunhofer IZM führte die Untersuchungen an den Substraten durch.
Heraeus hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) weiter an der Designoptimierung seiner SCB-Substrate für LEDs gearbeitet. Neben den bekannten Ergebnissen für Kurzzeitanwendungen von LEDs lag diesmal der Focus auf Langzeitanwendungen.
Ziel war es hier, die Junctiontemperatur TJ der verwendeten LED-Chips zu senken. Sie ermöglicht, im Vergleich zu anderen Substratlösungen, eine direkte Aussage über die Leistungsfähigkeit des thermischen Managements. (Die Junctiontemperatur ist die Temperatur, die in der Sperrschicht entsteht und für die Alterung des Halbleiters relevant ist.)
Bereits die theoretische FEM-Simulation zeigte auf, mit welchen Parametern sich die Junctiontemperatur um einige Grad Celsius senken lässt. Basierend auf diesen Daten, Erkenntnissen und mit dem bestmöglichen Simulationsergebnis, legten die Ingenieure das Mustersubstrat aus und bauten es anschließend mit definiertem Design auf.
Die anschließende (reale) thermische Analyse der HB-LEDs am IZM zeigte auf, dass aufgrund der optimierten Materialauswahl und des definierten sowie optimierten Designs, die TJ um bis zu 12 °C bei einer elektrischen Last von 1,5 W abnimmt - im Vergleich zu Standarddesigns für Kurzzeitanwendungen. Diese Temperaturabsenkung wirkt sich sehr positiv auf die Haltbarkeit und Lichtausbeute der HB-LEDs aus.
Die berücksichtigten Einflussgrößen der Untersuchungen waren: Vergrößerung der Fläche unter dem Chip (der sogenannte Heatslug), Erhöhung der Materialdicke der Basislage (Metallfolie) von 150 auf 500 µm und die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit dieser Basislage.
Letztendlich zeigten auch diese Untersuchungen wieder, dass die SCB-Substrate ein großes Potential haben, um das thermische Management zu verbessern. Durch die im Projekt aufgezeigten Ergebnisse lässt sich von einem gleichwertigen Potential bei Kurz- und Langzeitanwendungen der SCB-Technologie gegenüber Wettbewerbstechnologien reden. Ausschlaggebend sind aber die Anforderungen der Anwender und die jeweilige, daraus resultierende, spezifische Substratlösung.
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