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(dá)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(tǒng)的壽命產(chǎn)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(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. LED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，影響壽命的兩個主要應(yīng)力是溫度和電流，因此本試驗中利用溫度和電流兩個應(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(jìn)行老化試驗，得到兩個不同溫度下的壽命，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；電流加速老化時同樣在相同溫度下選擇兩個以上不同的電流I1，I2進(jìn)行試驗，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LED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℃時壽命小時。

4. 結(jié)論

芯片的固晶技術(shù)是LED封裝的一個重要方面，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的壽命是一個較為可靠的參考。