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温度对大功率LED可靠性的影响

作者: 网络 编辑: 瑞凯仪器 来源: 网络 发布日期: 2020.06.19

    电子产品的可靠性和寿命对温度非常敏感。温度升高时,器件故障率迅速增大。根据阿仑尼乌斯模型可知,当温度超过一定值时,器件的寿命呈指数规律下降。大功率LED的结温常常比较高,这是因为(1)芯片的内量子效率不可能达到100%。注入的电荷(空穴)只有一部分发生辐射复合,产生光子,另一部分则最终变成热; (2) LED芯片材料与其周围材料的折射系数的不一致,致使芯片内部产生的一部分光子无法顺利地从芯片中溢出,而是在界面处产生全反射,返回到芯片内部。荧光粉激发出的光也有一部分进入芯片内部。这些光在LED芯片内部经过多次反射后最终被芯片材料或衬底吸收,以晶格振动的形式变成热; (3) 芯片上的电极结构、表面ITO层和PN结的材料等均存在一定的电阻值,当电流流过时,这些电阻就会产生焦耳热。从电能到最终从芯片出射的光能之间的变换有必然的损耗,损耗的那部分能量转化为热量,使芯片的温度不断升高,这就是LED芯片的自加热效应。如果没有良好的散热,使芯片产生的热量散发不出去,那么芯片的结温就会过高,引起LED光源性能的下降和可靠性的降低,最终导致失效。

温度对大功率LED可靠性的影响

    温度过高会引起芯片性能和荧光粉性能的下降。对LED芯片性能的影响主要表现在使内量子效率降低。内量子效率是温度的函数,温度越高内量子效率越低。这是因为温度升高,电子与空穴的浓度会增加,禁带宽度会减小,电子迁移率将减小,且势阱中电子与空穴的辐射复合几率降低,造成非辐射复合,从而降低LED的内量子效率。温度升高导致芯片的蓝光波长向长波方向偏移,使芯片的发射波长和荧光粉的激发波长不匹配,也会造成白光LED外部光提取效率的降低。因为温度淬灭效应,温度的升高会使荧光粉本身的量子效率降低。另外,由于硅胶和荧光粉颗粒之间的折射率和热膨胀系数不匹配,过高的温度也会使荧光粉层的光转换效率下降。
    温度对LED光源可靠性的影响主要表现在使LED出现光通量的下降和其他失效形式,缩短LED的寿命。过高的温度会使LED芯片寿命变短。因为高温会使芯片材料老化加快、性能下降。高温引起的内量子效率的降低也会使更多的电不能以光的形式透射出去,而是转化成热使结温升高,更加加速LED芯片的老化;高温也会引起封装材料降解加快、性能下降。过高的温度会使灌封胶的颜色变黄,使得LED光效急剧降低
    或造成灾难性失效。因为胶类的封装材料为热的不良导体,结温和外界环境温度之间的温度差会造成LED内部较高的温度梯度,由于材料之间的CTE失配,使LED发生分层、裂纹、金线断裂等失效形式。
    研究LED光源在高温下的失效机制,找出高温下会引发的缺陷或者设计的薄弱环节,对提高LED光源的可靠性具有非常重要的意义。对于LED这类超长寿命的电子器件,通常使用比正常使用时所预期的温度更高的温度来进行可靠性试验,即加速试验。施加的加速条件会使潜在的缺陷或者设计的薄弱环节在较短的时间内发展为实际的失效,确认温度可能导致的失效的形式和机制。
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本文标签: 大功率LED 温度

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