大功率照明LED可靠性及壽命預(yù)測(cè)方法的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展,LED以高光效、低能耗、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)成為第四代綠色光源,并將逐漸取代傳統(tǒng)照明進(jìn)入普通照明領(lǐng)域。但是目前大多數(shù) LED照明產(chǎn)品在較短的時(shí)間內(nèi)光衰明顯,光電性能下降顯著,其可靠性問題成為當(dāng)前 LED照明取代傳統(tǒng)照明的關(guān)鍵。行業(yè)中通常采用加速壽命的試驗(yàn)方法老化 LED產(chǎn)品,并通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)其可靠性壽命,但此方法歷時(shí)周期長(zhǎng)且準(zhǔn)確性不高。本文針對(duì)LED產(chǎn)品可靠性差、測(cè)試周期長(zhǎng)等問題,展開了對(duì)大功率照明 LED可

2、靠性及壽命預(yù)測(cè)方法的研究。
　　首先,展開對(duì)大功率照明 LED的可靠性的研究,分析常見的12種 LED的失效模式和失效機(jī)理,得出大功率 LED可靠性的影響主要因素為封裝結(jié)構(gòu)、結(jié)溫、熱效應(yīng)等;并通過分析發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)熱阻的大小對(duì) LED的可靠性具有一定的影響。
　　其次,開展了基于溫度與電流應(yīng)力的 LED加速壽命試驗(yàn),針對(duì)相同溫度下加載電流不同及不同溫度下加載電流相同的各種加速情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)加速應(yīng)力越大老化的速度越快,且電流應(yīng)力

3、增加較溫度應(yīng)力的老化速率更明顯。通過比較分析試驗(yàn)前后性能,發(fā)現(xiàn)因熒光粉的老化,光通量明顯下降,色溫明顯上升;而內(nèi)部電阻的增大,使其正向電壓增加、功耗增大;且 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱阻隨光衰的增加明顯的增大了。另外,采用外推法預(yù)測(cè)不同的加速條件下的老化壽命;利用阿倫尼斯模型預(yù)測(cè)不同結(jié)溫下的壽命;使用電流加速應(yīng)力的模型預(yù)測(cè)了同溫度不同電流的 LED的壽命;并對(duì)基于雙應(yīng)力的艾倫模型進(jìn)行了分析探討。
　　然后,建立了大功率 LED的有限元模型,

4、展開了其正常工作狀態(tài)下熱應(yīng)力分析:通過溫度場(chǎng)的分布,發(fā)現(xiàn)計(jì)算所得的 LED結(jié)溫與仿真結(jié)果高度吻合,并驗(yàn)證了實(shí)測(cè)熱阻與理論計(jì)算的熱阻值的精確性;通過熱應(yīng)力與應(yīng)變分析,發(fā)現(xiàn)在 LED結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變主要集中在芯片及附屬層邊角線部位。另外,通過仿真不同加速情況,發(fā)現(xiàn)隨著加速應(yīng)力的增加,LED內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力及應(yīng)變也越大,這將是引起 LED內(nèi)部的熱阻增大、芯片分層、裂紋產(chǎn)生及缺陷等,并最終導(dǎo)致失效。
　　最后,通過模擬大功率 LED工作時(shí)所

5、受到的熱沖擊采用溫度循環(huán)加載方式,結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力出現(xiàn)在芯片的邊角處,最大應(yīng)變?cè)?Die attach層,主要因相鄰材料間熱膨脹系數(shù)不匹配同導(dǎo)致應(yīng)力集中、產(chǎn)生應(yīng)變。在循環(huán)結(jié)束返回到室溫時(shí),LED內(nèi)部各層在每次循環(huán)后的等效應(yīng)變均有變化,故知因等效應(yīng)變的變化而導(dǎo)致了 LED內(nèi)部熱阻的增大。通過統(tǒng)計(jì)分析加速試驗(yàn)中不同光衰時(shí)的熱阻變化,建立了光衰與熱阻變化的關(guān)系曲線,并推算出在光通量衰減到70％時(shí)的 LED內(nèi)部熱阻增加了0.858K/W。利用仿