溫度對大功率LED可靠性的影響
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發布（bù）日期： 2020.06.19
電子產品的可靠性和壽命對溫度非（fēi）常（cháng）敏感。溫度升高時（shí），器件故（gù）障率迅速增（zēng）大。根據阿侖尼烏斯模型可知，當（dāng）溫度超過（guò）一定值時,器件的壽命呈指數規律下降。大功率LED的結溫常常比較高，這是因為（wéi）(1)芯片的內量（liàng）子（zǐ）效率不可能達到100%。注入的電（diàn）荷(空穴（xué）)隻（zhī）有一部分（fèn）發生輻射複合，產生光子，另一部分則終變成熱; (2) LED芯片材料與其周圍材料（liào）的折射係數的不一（yī）致,致使芯片（piàn）內部產生的一部分光子無法順利地從芯（xīn）片中溢出，而是在界麵處產生全反射，返回（huí）到芯片內部。熒光粉激發出的光也（yě）有一部分進入芯片內部。這些光在LED芯片內部經過多次反射後終被芯片材料或襯底吸收，以晶格振動的形式（shì）變成熱;
(3) 芯片上的電極結構、表麵ITO層和PN結的材料等均存在一定的電阻值，當電流流過時，這（zhè）些電阻就會產生焦耳熱。從（cóng）電能到（dào）終從芯片（piàn）出射的光能之間的變換有（yǒu）必然的損耗，損耗的那部分能量轉化為熱量,使芯（xīn）片的溫度不斷升高，這就是LED芯片的自加熱效應。如果沒有良好的散（sàn）熱，使芯片產生（shēng）的熱量散發不出去，那麽芯片（piàn）的結溫就會（huì）過高，引起LED光源性能的下降和可靠性的降低，終（zhōng）導致失效。
溫度過高會引起芯片性能和熒光粉性能的下降。對LED芯片性能的影響主要表現在使內量子（zǐ）效率降低。內量（liàng）子效（xiào）率（lǜ）是溫（wēn）度的函數，溫度越高內量子效率（lǜ）越低。這是因為溫度升高，電子與空穴的濃度會增加，禁帶寬度會減小，電子遷移率將減小，且勢阱中電子與空（kōng）穴的輻射複合幾率降低，造成非輻射（shè）複（fù）合，從而降（jiàng）低LED的內量子效率。溫（wēn）度升高導致芯片的藍光波長向長波方向偏移，使芯片的發射波長和熒光粉的激發波（bō）長（zhǎng）不匹配，也會造成白光（guāng）LED外部光（guāng）提取效（xiào）率的降（jiàng）低。因為溫度淬滅效應，溫度的升高會使熒光（guāng）粉本身的量子效率降低。另外，由於矽（guī）膠和熒光（guāng）粉顆粒之間的折（shé）射率和（hé）熱膨脹係數（shù）不匹配，過高的溫度也會使熒光粉層的光轉換效率下降。
溫度對LED光源可靠性的影響主要表現在使LED出現光通量的下降和其他失效形式，縮短LED的壽命。過高的溫度會使（shǐ）LED芯片壽命變短。因（yīn）為高溫會使芯片材料（liào）老化加快、性能（néng）下降。高溫引起的（de）內量子效率的降低也會使更多的電不（bú）能以光的形式透射出去，而是轉化成（chéng）熱使結溫升高，更（gèng）加加速LED芯片的老化；高溫（wēn）也會（huì）引起封裝材料降（jiàng）解加快（kuài）、性能下降。過高的溫（wēn）度會使灌封膠的顏色變黃，使得LED光效急（jí）劇降低
或造成災難性失效。因為膠類的封裝材（cái）料為熱的不良導體，結溫和外界環境溫（wēn）度之間的溫度（dù）差會造成LED內部較高的溫度（dù）梯（tī）度，由（yóu）於材料之間的CTE失（shī）配，使LED發（fā）生分層、裂紋（wén）、金線斷裂等（děng）失效形式。
研究LED光源在高溫下的失效機製，找出高溫下會引（yǐn）發的缺陷或者設計的薄弱環節，對提高LED光源（yuán）的可靠性具有非常重要的意義。對於LED這（zhè）類超長壽命的電子器件，通常使用比正常使用（yòng）時所預期的溫度更高的溫度來進行可靠（kào）性試驗，即加速試驗（yàn）。施加的加速條件會使潛在的缺（quē）陷或者設計的薄弱環節（jiē）在較短的時間內發展為（wéi）實際的失效（xiào），確認溫度可能導致的失效的形式和機製（zhì）。
