道路照明用高效LED的可靠性研究

　　为考察实际固晶层的质量，对一批相同工艺、相同材料封装、不同热阻参数的LED器件解剖分析。图5和图6是其剖面图，银胶的导热率约为12  。由图可见固晶层的实际厚度在同一批次的产品中都会有不同的数值，且差距不小。

 
 图（4） 固晶层剖面图（固晶层厚15微米

图（5） 固晶层剖面图（固晶层厚60微米）

 　　图（4）所示的固晶层热阻小于1.25K/W，而图（5）所示的固晶层热阻达到5K/W以上，这还只是理论的计算，实测其热阻值会更大。这类LED器件在路灯中使用无疑将对整灯系统的寿命产生不利影响。
　　由此可见，在选择固晶材料时需要综合考虑热导率及固晶层可以达到的最小厚度，而封装工艺则需考虑如何保证固晶层尽可能地薄，并且能保持一致。
　　因此目前一些固晶材料（如Sn80Au20）不仅热导率很高，由于使用共晶焊工艺，固晶层厚度也比传统的银胶薄，散热效果要好于传统银胶固晶。

3. LED的可靠性分析
　　发光二极管的失效表现为突变失效和缓变失效，突变失效主要由静电击穿、金线断裂、固晶材料老化等引起，缓变失效的原因比较复杂，包括荧光粉及芯片的物理失效。
　　在功率型发光二极管应用中，影响寿命的两个主要应力是温度和电流，因此本试验中利用温度和电流两个应力分别对器件进行加速老化，分析寿命分别和温度、电流的关系。
只考虑温度时可以使用Arrhenius模型 。

       
　　加速老化试验可以选择温度或电流加速老化，温度加速老化时，选择两个以上不同温度T1，T2进行老化试验，得到两个不同温度下的寿命，根据Arrhenius模型中寿命与温度的关系可以拟合得到反应的激活能Ea及系数A，由此可以推断出其他温度下的寿命；电流加速老化时同样在相同温度下选择两个以上不同的电流I1，I2进行试验，拟合得到系数B及指数&#61539；，其他电流下的寿命也可由表达式推出。
　　我们对2批不同的大功率LED进行了加速老化测试，在不同应力条件下，光通量的衰减速率不同的，根据反应速度论模型的分析，光通量将以指数形式衰减，衰减速率为反应速率为R（T，S1，S2，…），以σ定义的寿命 ，定义光通量衰减至70％的时间为发光二极管的寿命，根据拟合的衰减曲线可以推断出不同温度下发光二极管的寿命。
表格 1 不同应力条件下LED的寿命


对不同结温下的寿命数据进行指数拟合，可以得到寿命随温度的变化曲线： ，可以得出这类发光二极管的性能退化的激活能Ea为1239K，并且可以预测其他温度下发光二极管的寿命，如T=30℃时寿命小时。
4. 结论
　　芯片的固晶技术是LED封装的一个重要方面，固晶质量对散热性能有很大的影响，不同的固晶材料由于热导率不同，而采用合适的工艺，保证固晶层的厚度也显得尤为重要，同时正确地对封装热阻的测试技术也是提高大功率LED封装质量不可或缺的手段。
　　对通过一定外加应力情况下老化，得到了不同应力下功率型发光二极管的寿命，应用反应速率模型推断出发光二极管的寿命随温度或电流的变化，对于预测不同种类和质量的LED的寿命是一个较为可靠的参考。