道路照明用高效LED的可靠性研究

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到5K/W以上，這還只是理論的計算，實測其熱阻值會更大。這類LED器件在路燈中使用無疑將對整燈系統的壽命產生不利影響。

由此可見，在選擇固晶材料時需要綜合考慮熱導率及固晶層可以達到的最小厚度，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）不僅熱導率很高，由于使用共晶焊工藝，固晶層厚度也比傳統的銀膠薄，散熱效果要好于傳統銀膠固晶。

3. LED的可靠性分析

發光二極管的失效表現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雜，包括熒光粉及芯片的物理失效。

在功率型發光二極管應用中，影響壽命的兩個主要應力是溫度和電流，因此本試驗中利用溫度和電流兩個應力分別對器件進行加速老化，分析壽命分別和溫度、電流的關系。

只考慮溫度時可以使用Arrhenius模型 。

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

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

表格 1 不同應力條件下LED的壽命

對不同結溫下的壽命數據進行指數擬合，可以得到壽命隨溫度的變化曲線：，可以得出這類發光二極管的性能退化的激活能Ea為1239K，并且可以預測其他溫度下發光二極管的壽命，如T=30℃時壽命小時。

4. 結論

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

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