高功率白光LED封裝熱設計及其老化特性的研究.pdf

1、針對一種高功率白光LED照明燈具的封裝與組件進行散熱設計，通過有限元計算模型，分析其在工作狀態(tài)時的穩(wěn)態(tài)溫度場分布，發(fā)現(xiàn)LED封裝整體的溫度梯度比較大，從結(jié)區(qū)到外部熱沉的熱阻高達20.7℃/W，而封裝陶瓷基板是阻礙器件散熱的主要部分。因此，從改變陶瓷基板結(jié)構(gòu)開始，根據(jù)溫度場分析結(jié)果來逐步設計改進封裝結(jié)構(gòu)，從沒有內(nèi)熱沉到增加具有肋片結(jié)構(gòu)的內(nèi)熱沉。進一步改變芯片的鍵合位置，從芯片與陶瓷基板鍵合到芯片與內(nèi)熱沉直接鍵合。將芯片的最高結(jié)溫的理論值從

2、131.5℃降到54.8℃，LED結(jié)區(qū)到外部熱沉的熱阻從原先的20.7/W℃降到了3.2/W℃，從理論上得到該LED照明燈具優(yōu)化的的散熱結(jié)構(gòu)。
　　為了從根本上改進LED封裝結(jié)構(gòu)的散熱性能，將芯片襯底材料由藍寶石改為Cu，發(fā)光效率得到大幅度提升，同時針對Cu襯底芯片進行更為合理可行的封裝設計，并獲得較好的效果。
　　采用正向電壓法分別測量了LED原始結(jié)構(gòu)和某種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的平均結(jié)溫以及從PN結(jié)到環(huán)境的熱阻，測試結(jié)果比模擬的值略高

3、但誤差較小，表明模擬結(jié)果較為準確。采用熱電偶測量LED燈具燈頭熱沉的溫度，也與模擬結(jié)果比較吻合。
　　針對Cu襯底的高功率白光LED器件進行溫度加速和電流加速老化試驗。根據(jù)溫度加速老化試驗的結(jié)果進行壽命分析，得出該LED器件在25℃常溫環(huán)境工作時的壽命約為7.47萬小時，而在60℃高溫環(huán)境工作時的壽命約為1.09萬小時。
　　測試并分析了LED器件在老化后的I-V特性，發(fā)現(xiàn)反向漏電流增加，且與隧道電流升高相一致，這是芯片有源