LED照明熱分析、可靠性及創(chuàng)新設計討論

　　元件及系統(tǒng)的散熱與可靠性是半導體照明的兩大重要議題，在奧地利工業(yè)重鎮(zhèn)林茨舉行的EuroSimE2011國際學術會議期間，國際專家圍繞這兩大議題，進行了學術報告與交流，解答了諸如如何使用如碳納米管進行散熱？如何使用仿真準確預測8W替代型燈泡及3W LED陣列的散熱情況？如何突破LED芯片仿真的局限進行整個燈具系統(tǒng)的可靠性仿真等問題。會上，2個歐洲大型、跨國半導體照明研究項目SE2A (汽車電子元件開發(fā)、汽車SSL頭燈)與CSSL(替代型球泡燈)的項目主管，對這兩個項目的概況，管理方法與進度進行了匯報。

　　半導體照明熱分析以及創(chuàng)新設計

　　關于半導體照明的熱力分析以及散熱設計，其中，來自香港科技大學的張凱介紹了如何使用壓電材料制成的主動冷卻系統(tǒng)以及碳納米管為導熱界面材料來解決高亮度發(fā)光二極管的散熱問題。使用主動冷卻系統(tǒng)的最大好處是它的散熱效率。這個研究發(fā)現(xiàn)使用主動冷卻系統(tǒng)能降低溫度高達37℃。使用壓電材料制成的主動冷卻系統(tǒng)的最大好處是它沒有機械部件，因此，少了機械部件的磨損將增加主動冷卻系統(tǒng)的壽命以及可靠性。

　　代爾夫特大學的葉懷宇發(fā)表了其項目組關于半導體照明的熱力分析以及如何通過更有效的設計來解決其散熱問題的成果。采取與張凱不同的散熱途徑，他主要采用被動冷卻系統(tǒng)以便降低照明系統(tǒng)的成本。他提倡通過最優(yōu)化設計LED的散熱通路來解決其結點高溫的問題，這包括重新設計照明系統(tǒng)的架構來增加散熱功效。

　　捷克理工學院的Jiri Jakovenko發(fā)表了關于半導體照明8W替代型燈泡的熱模擬與實驗驗證。該作者針對替代型燈泡的LED封裝、驅動電子、散熱機構、光轉換機構、二次光學機構，皆進行了仿真，并且以實驗證明實驗與仿真的誤差只有百分之十。他認為，仿真技術能準確的預測節(jié)溫。

　　來自桂林電子科技大學的Fengze Hou對3W LED陣列系統(tǒng)的散熱鰭片的熱力性能分析以便可以更準確的預測半導體照明燈具的溫度。代爾夫特大學的Sima Tarashioon 則以實驗方法研究半導體照明的驅動電子元件在高溫下的性能衰退現(xiàn)象，例如在110℃的溫度下，一個陶瓷電容器（標稱使用溫度125℃）已經使整個集成電路的效率下降了2%~3%。一個驅動電路是由幾個陶瓷電容器和電感所組成的。在高溫下，驅動電路的實際效率將大大區(qū)別于設計效率。

　　有關可靠性問題的突出觀點或共識

　　關于半導體照明的可靠性分析成果。飛利浦照明的WillemVan Driel總結了照明行業(yè)中幾個在半導體照明系統(tǒng)可靠性預測方面的重要研究。由于半導體照明系統(tǒng)是由燈具、供電、通信和控制子系統(tǒng)構成的大型復雜系統(tǒng)，WillemVan Driel認為半導體照明工業(yè)界應該跳出只考慮LED芯片壽命的思路，而要進一步考慮總體系統(tǒng)可靠性。
針對系統(tǒng)可靠性，他描述了2個最新的系統(tǒng)可靠度仿真技術MonteCarlo 方法，以及BBN + Marckov Chain方法。他特別強調因為半導體照明的高速發(fā)展，新結構、新概念燈具/系統(tǒng)將導致老的失效機制與模式不再成立，新的失效模式以及加速老化試驗的方法研究至關重要。代爾夫特大學的Sau Koh論述了如何能夠準確預測環(huán)氧樹脂在溫度和電壓變化下的壽命的模型，這個模型能更真實描述燈具環(huán)境。因此，它能更準確的預測壽命。比如，一個在25℃勻溫室外照明的壽命要比在冬夏環(huán)境下的外照明的壽命短的多了。此外，來自英國格林威治大學的C. Bailey 講述如何運用現(xiàn)有的多學科仿真技術來預測應用在特殊環(huán)境下的LCD屏幕的LED背光源設計方法。他們同時考慮：熱、使用者視覺效果和可靠性等設計參數(shù)的交互作用，并尋求最優(yōu)化設計。

　　目前，歐盟的大型半導體照明研究項目”SE2A”與“CSSL”中，SE2A開發(fā)可靠性高的汽車電子元件、系統(tǒng)，包括SSL頭燈與其驅動電子的開發(fā)，該項目的運行時間約為3年，共有21家公司、研究院所及大學參加，總預算超過2100萬歐元。CSSL主要關注SSL替代性球泡燈的開發(fā)與商業(yè)化，包括LED芯片與封裝、驅動電子、光學部件與散熱機構等等，該項目的運行時間約為3年，總預算為2700萬歐元。EuroSimE是每年舉辦的國際性學術會議，主要關注微電子與微系統(tǒng)中熱、機械、與多尺度物理的仿真與實驗方法。自2000年以來，已舉辦12屆。并獲得世界各地的大量回響與高度參與，同時受到IEEE-CPMT （國際電子與電氣工程師協(xié)會元件制造與封裝分會）大力支持。今年來自自奧地利林茨工業(yè)大學、Bosch、Philips、Siemens、TNO（荷蘭應用科學研究組織），荷蘭代爾夫特大學，美國馬里蘭大學，中國桂林電子科技大學，香港科技大學等多個國家和地區(qū)的學者，以及Infineon、NXP、Ansys等大型國際性企業(yè)的代表，開展了深入的學術探討及廣泛的應用合作。