功率型LED芯片的温度与应力分析：Sapphire vs. 硅基板

"功率型发光二极管芯片的温度场与应力场 (2007年)"这篇论文主要探讨了发光二极管（LED）的核心组件——功率型LED芯片在工作时的温度分布和热应力情况，以及这些因素如何影响其性能、效率和使用寿命。作者于新刚、梁新刚来自清华大学航天航空学院的传热与能源利用北京市重点实验室。 发光二极管的结温（即半导体材料中的P-N结温度）和内部应力对其发光效率、可靠性和寿命至关重要。过高温度可能导致材料性能退化，降低光输出，并缩短器件的使用寿命。因此，对功率型LED芯片进行温度和应力的分析至关重要，这有助于设计更高效、更可靠的LED产品。 论文利用有限元方法进行数值模拟，研究了不同输入功率、基板材料以及换热条件对LED芯片温度场和应力场的影响。其中，基板材料的选择是关键因素之一。当前广泛使用的蓝宝石（Sapphire）基板在散热方面表现并不理想，主要是因为蓝宝石与半导体材料（如GaAs或InGaN）之间存在较大的晶格失配，导致热应力较大。论文指出，如果能有效减少这种晶格失配，采用硅（Silicon）基板可能是一个更好的选择，因为硅具有良好的热导率，且与某些半导体材料的晶格匹配度较高。 此外，研究还发现，当基板的导热系数和换热系数超过一定阈值后，单纯提升基板的导热性能或加强基板表面的换热并不能显著改善器件的性能。这意味着，优化LED设计不仅要考虑材料的热性能，还需要综合考虑整体结构和散热方案的协同效应。 关键词涵盖了温度场、发光二极管、热应力和导热系数，这些都是LED设计和分析中的核心概念。论文的分类号为TK124，属于电子技术与信息技术领域，文献标识码A表示这是一篇原创性的学术论文，文章编号则标识了该论文在《清华大学学报(自然科学版)》2007年第47卷第8期的具体位置。 这篇论文对于理解和改进功率型LED的热管理提供了理论依据，对于推动LED技术的发展，尤其是提高高功率LED的性能和可靠性具有重要的指导意义。通过深入研究和优化，可以预见未来LED产品的效率和耐用性将得到显著提升。