國內(nèi)外LED燈可靠性研究現(xiàn)狀

1、LOGO國內(nèi)外國內(nèi)外LEDLED燈可靠性的研究現(xiàn)狀燈可靠性的研究現(xiàn)狀LOGO目錄目錄LED燈可靠性研究的前景燈可靠性研究的前景1國內(nèi)國內(nèi)LED燈可靠性的研究現(xiàn)狀燈可靠性的研究現(xiàn)狀2國外國外LED燈可靠性的研究現(xiàn)狀燈可靠性的研究現(xiàn)狀LOGO1 1、LEDLED燈可靠性研究的前景燈可靠性研究的前景 半導(dǎo)體發(fā)光二極管(1ight emining diode，LED)是新型固態(tài)冷光源，其能效 高、壽命長、電壓低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、抗震性能好以及光譜全彩等特點(diǎn)，使得它在各種場合得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在節(jié)能和環(huán)保方面，LED燈比起普通白熾燈和熒光燈具有明顯的優(yōu)勢，極有可能通過技術(shù)突破

2、成為未來主流照明光源，是目前學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和政府部門關(guān)注的研究熱點(diǎn)。 在LED的眾多應(yīng)用中，作為普通照明光源是最具發(fā)展前景的一項(xiàng)應(yīng)用。LED 光源高能效的特點(diǎn)，能夠在照明節(jié)電上發(fā)揮巨大作用。半導(dǎo)體照明是目前國家重點(diǎn)扶持的新興產(chǎn)業(yè)，大功率LED是半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件。而最終能否實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明，有賴于大功率LED光效和可靠性問題的解決。對LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提與基礎(chǔ)。 LOGO2 2、國內(nèi)、國內(nèi)LEDLED燈可靠性研究現(xiàn)狀燈可靠性研究現(xiàn)狀v 可靠性的定義為：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成要求功能的能力。v 目前，在 LED 燈的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)研究領(lǐng)域，國內(nèi)的研究還很初步。比如

3、：v 1 1、天津工業(yè)大學(xué)的郭一翔教授等提出了 LED 路燈的一種設(shè)計(jì)方案，分別從光源設(shè)計(jì)、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì) 3 方面說明了 LED 路燈設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則和注意的問題。為如何進(jìn)行 LED 路燈的設(shè)計(jì)作了初步的探索。這能在一定程度上提高LED燈的可靠性，但是其設(shè)計(jì)的 LED 路燈并不是針對LED 路燈的可靠性而做的，并不能實(shí)現(xiàn) LED 路燈的可靠性設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。LOGOv2 2、傳統(tǒng)可靠性工程學(xué)中的可靠性預(yù)測都是依據(jù)以往產(chǎn)品的可靠性信息，對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或組成的系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的統(tǒng)計(jì)預(yù)測。浙江大學(xué)的沈海平博士采用了一種完全不同的思路與方法。他采取一種在無需長期壽命試驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)對LED可靠

4、性量化預(yù)測的新方法,它能節(jié)省壽命試驗(yàn)成本,為LED早期失效篩選及產(chǎn)品質(zhì)量管理提供依據(jù)。v 他研究了大功率 LED 可靠性預(yù)測機(jī)制，研究了與 LED 可靠性密切相關(guān)的特性曲線的精確測量，將 LED 特性參數(shù)與其可靠性參量之間建立模型，以期通過初始特性參數(shù)對 LED 可靠性作出預(yù)測。LOGO3 3、復(fù)旦大學(xué)電光源研究所的江程、劉木清提出了一種 LED 路燈的模塊化的設(shè)計(jì)思路，通過模塊化設(shè)計(jì)，對路燈的模塊化設(shè)計(jì)中的光學(xué)模組提出了幾種解決方案，并創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了內(nèi)曲面光學(xué)調(diào)制的光學(xué)模組，提高了 LED 的可靠性水平 。LOGO4 4、杭州皓玥科技有限公司的李浩、汪正林、吳巨芳等從 LED 封裝技術(shù)和工藝的

5、提升和改善，通過內(nèi)量子效率和外量子效率（電能轉(zhuǎn)換為光能的效率）的提升，使得 LED 初始光效盡可能的提高，并探究了 LED 戶外照明燈具系統(tǒng)更趨合理的設(shè)計(jì)，而進(jìn)一步提升整燈的系統(tǒng)可靠性。5、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的楊光對道路照明中的 LED 路燈散熱方案進(jìn)行了研究，他主要從大功率 LED 的熱特性著手，通過分析大功率 LED 的散熱設(shè)計(jì)流程及常見的一、二次散熱方案設(shè)計(jì)，導(dǎo)熱材料的選用，主、被動散熱模式的設(shè)計(jì)，以及散熱模塊的封裝問題來探討大功率 LED 路燈的散熱方案和不同的散熱方案所適應(yīng)的范圍,給出了一些建議。LOGO3 3、國外、國外LEDLED燈可靠性的研究現(xiàn)狀燈可靠性的研究現(xiàn)狀1 1、德國、德

6、國OSRAM Opto Semiconductors OSRAM Opto Semiconductors （歐司朗光電半導(dǎo)體）公司在（歐司朗光電半導(dǎo)體）公司在LEDLED可靠性方面的研究?？煽啃苑矫娴难芯?。 由于LED的光衰與其結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高越早出現(xiàn)光衰，壽命越短。所以延長壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫。由以下公式可得：由公式可得，要想有效地降低結(jié)溫，就必須降低芯片與環(huán)境之間的熱阻。 德國歐司朗光電半導(dǎo)體公司將LED芯片設(shè)在銅材料制成的散熱鰭片表面，再用焊接方式將印刷電路板上的散熱用導(dǎo)線連接到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷的散熱鰭片上。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，下述結(jié)構(gòu)的LED芯片焊接點(diǎn)的熱阻可以降低9K/W，大

7、約是傳統(tǒng)LED的16左右 。通過這種方式，降低LED的結(jié)溫，從而延長LED的壽命，提高其可靠性。LOGOOSRAM LEDOSRAM LED封裝方式：封裝方式：降低結(jié)溫降低結(jié)溫LOGO 由于良好的封裝設(shè)計(jì)對于提高LED的可靠性起著極為重要的作用。Cree公司推出的XLamp LED在就封裝設(shè)計(jì)上做了一些改進(jìn)。 它采用懸浮透鏡，即透鏡只是放置在封裝材料頂端，而不是與封裝材料固定在一起。當(dāng)封裝材料熱脹冷縮時，懸浮透鏡就可以沿LED芯片固定表面的垂直方向上下移動。這一特性使得XLamp LED可以在極端高溫或者變溫條件下工作，而不會對內(nèi)部的電極連接施加應(yīng)力, 因而大大增加了器件的可靠性和使用壽命。2

8、 2、美國、美國GreeGree（科銳）公司在（科銳）公司在LEDLED可靠性方面的研究可靠性方面的研究改進(jìn)封裝改進(jìn)封裝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)LOGO 日本電氣化學(xué)工業(yè)的“電氣化AGSP底板”也是提高LED封裝散熱性的手 段之一。該公司利用大和工業(yè)開發(fā)的技術(shù)，制造出了任意形狀的銅柱貫穿于任意位置的底板。如果把該底板作為LED封裝外殼的一部分使用，就可以借助銅柱與LED芯片的接觸，向散熱器傳導(dǎo)熱量。這將會大大提高LED的可靠性。但是在成本方面仍需要解決，不過新型封裝的采用在今后完全有望擴(kuò)大 。3 3、日本電氣化學(xué)工業(yè)公司在、日本電氣化學(xué)工業(yè)公司在LEDLED可靠性方面的研究可靠性方面的研究改進(jìn)封裝改進(jìn)封裝設(shè)計(jì)

9、設(shè)計(jì)LOGO 由于散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。常用的散熱基板材料包括硅、金屬(如鋁，銅)、陶瓷(如A1N，SiC)和 復(fù)合材料等。 Nichia公司的第三代LED采用CuW做襯底，將1mm芯片倒裝在CuW襯底上，降低了封裝熱阻，提高了發(fā)光功率和效率，從而大大地提高了LED的可靠性。4 4、日本、日本NichiaNichia（日亞）公司在（日亞）公司在LEDLED可靠性方面的研究可靠性方面的研究采用新型的采用新型的封裝材料封裝材料LOGO 飛利浦LumiLeds公司的LED產(chǎn)品封裝材料采用已獲得專利權(quán)的硅樹脂代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)氧樹脂。這種硅樹脂具有更好的機(jī)

10、械特性，能承受更高的溫度，而且對紫外線照射和高強(qiáng)度藍(lán)光輻射引起的褐色化具有更強(qiáng)的抵抗能力。紐約Troy照明研究中心曾對其進(jìn)行過獨(dú)立研究測試，室溫條件下5mm傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝的GaN基白色LED,采用20mA驅(qū)動電流，硅樹脂封裝的大功率LED驅(qū)動電流為350mA，工作10000h后，5mm的白色LE衰減了65，而大功率的LED僅衰減了10。由于采用了不同的封裝材料，就大大提高了LED的可靠性。 5 5、飛利浦、飛利浦 LumiLedsLumiLeds公司在公司在LEDLED可靠性方面的研可靠性方面的研究究采用新型的采用新型的封裝材料封裝材料LOGO 傳統(tǒng)的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與灌封膠混合(圖

11、a），然后點(diǎn)涂在芯片上。由于無法對熒光粉的涂敷厚度和形狀進(jìn)行精確控制，導(dǎo)致出射光色彩不一致，出現(xiàn)偏藍(lán)光或者偏黃光。飛利浦Lumileds公司開發(fā)的保形涂層技術(shù)(圖b)，雖然可實(shí)現(xiàn)熒光粉的均勻涂覆，保障了光色的均勻性。但研究表明， 當(dāng)熒光粉直接涂覆在芯片表面時，由于光散射的存在，出光效率較低。 有鑒于此，美國Rensselaer研究所提出了一種光子散射萃取工藝(圖c)fScattered Photon Extraction method，SPE)，通過在芯片表面布置一個聚焦透鏡，并將含熒光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不僅提高了LED器件可靠性，而且大大提高了光效。6 6、美國、美國RensselaerRensselaer研究所在研究所在LEDLED可靠性方面的研究可靠性方面的研究開發(fā)新的熒開發(fā)新的熒光粉涂覆工光粉涂覆工藝藝LOGO7 7、德國的、德國的CuramikCuramik公司在公司在LEDLED可靠性方面的研究可靠性方面的研究 該公