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道路照明用高效LED的可靠性研究

作者: 時(shí)間:2013-11-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
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本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/221998.htm

圖(4) 固晶層剖面圖(固晶層厚15微米

圖(5) 固晶層剖面圖(固晶層厚60微米)

圖(4)所示的固晶層熱阻小于1.25K/W,而圖(5)所示的固晶層熱阻達(dá)到5K/W以上,這還只是理論的計(jì)算,實(shí)測其熱阻值會(huì)更大。這類器件在路燈中使用無疑將對整燈系統(tǒng)的壽命產(chǎn)生不利影響。

由此可見,在選擇固晶材料時(shí)需要綜合考慮熱導(dǎo)率及固晶層可以達(dá)到的最小厚度,而封裝工藝則需考慮如何保證固晶層盡可能地薄,并且能保持一致。

因此目前一些固晶材料(如Sn80Au20)不僅熱導(dǎo)率很高,由于使用共晶焊工藝,固晶層厚度也比傳統(tǒng)的銀膠薄,散熱效果要好于傳統(tǒng)銀膠固晶。

3. 的可靠性分析

發(fā)光二極管的失效表現(xiàn)為突變失效和緩變失效,突變失效主要由靜電擊穿、金線斷裂、固晶材料老化等引起,緩變失效的原因比較復(fù)雜,包括熒光粉及芯片的物理失效。

在功率型發(fā)光二極管應(yīng)用中,影響壽命的兩個(gè)主要應(yīng)力是溫度和電流,因此本試驗(yàn)中利用溫度和電流兩個(gè)應(yīng)力分別對器件進(jìn)行加速老化,分析壽命分別和溫度、電流的關(guān)系。

只考慮溫度時(shí)可以使用Arrhenius模型 。

加速老化試驗(yàn)可以選擇溫度或電流加速老化,溫度加速老化時(shí),選擇兩個(gè)以上不同溫度T1,T2進(jìn)行老化試驗(yàn),得到兩個(gè)不同溫度下的壽命,根據(jù)Arrhenius模型中壽命與溫度的關(guān)系可以擬合得到反應(yīng)的激活能Ea及系數(shù)A,由此可以推斷出其他溫度下的壽命;電流加速老化時(shí)同樣在相同溫度下選擇兩個(gè)以上不同的電流I1,I2進(jìn)行試驗(yàn),擬合得到系數(shù)B及指數(shù)?,其他電流下的壽命也可由表達(dá)式推出。

我們對2批不同的大功率進(jìn)行了加速老化測試,在不同應(yīng)力條件下,光通量的衰減速率不同的,根據(jù)反應(yīng)速度論模型的分析,光通量將以指數(shù)形式衰減,衰減速率為反應(yīng)速率為R(T,S1,S2,…),以σ定義的壽命,定義光通量衰減至70%的時(shí)間為發(fā)光二極管的壽命,根據(jù)擬合的衰減曲線可以推斷出不同溫度下發(fā)光二極管的壽命

表格 1 不同應(yīng)力條件下LED的壽命

對不同結(jié)溫下的壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)擬合,可以得到壽命隨溫度的變化曲線:,可以得出這類發(fā)光二極管的性能退化的激活能Ea為1239K,并且可以預(yù)測其他溫度下發(fā)光二極管的壽命,如T=30℃時(shí)壽命小時(shí)。

4. 結(jié)論

芯片的固晶技術(shù)是LED封裝的一個(gè)重要方面,固晶質(zhì)量對散熱性能有很大的影響,不同的固晶材料由于熱導(dǎo)率不同,而采用合適的工藝,保證固晶層的厚度也顯得尤為重要,同時(shí)正確地對封裝熱阻的測試技術(shù)也是提高大功率LED封裝質(zhì)量不可或缺的手段。

對通過一定外加應(yīng)力情況下老化,得到了不同應(yīng)力下功率型發(fā)光二極管的壽命,應(yīng)用反應(yīng)速率模型推斷出發(fā)光二極管的壽命隨溫度或電流的變化,對于預(yù)測不同種類和質(zhì)量的LED的壽命是一個(gè)較為可靠的參考。


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