LED寿命预测技术

论文摘要

半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业,近年来,LED技术已经取得了引人注目的性能提升,继而LED照明灯具的光效也得到了改善。进一步改进对LED及其配套元件的设计,可以优化LED的性能,促进LED照明灯具市场的发展。对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础,本论文研究LED可靠性预测机制中相关寿命预测的部分,尝试一种在两种应力条件下的加速寿命试验,实现对LED可靠性量化预测的新方法,它能节省寿命试验成本,为LED早期失效筛选及产品质量管理提供依据,对于LED科研与产业都具有重要的学术价值和实用价值。本文基于大量的计算推导以及实验室加速寿命试验,系统的研究了LED的可靠性,得到了寿命试验和失效分析的结果,对器件可靠性影响最大的热特性进行了分析。具体的研究内容包括：1加速寿命测试：设计了加速寿命试验,结合各寿命试验模型,外推得到高温加速与电流加速下的寿命方法,并且推导获得了双应力下的加速寿命试验,确定了实验方案,绘制了寿命-应力曲线图。需要指出的是在电流下的试验样品是LED单件,并不包括驱动及灯具外壳等,因此实际应用中由于受灯具外壁、驱动寿命以及各引线与引线键合处可靠性的影响,将使得器件的寿命要比此值低。2LED的热特性分析：分析了高温下LED的效能损失及其产生原理,认为环境温度和工作电流是主要成因。根据寿命-应力曲线图解析了热效应对寿命的影响,认为LED的热效应会加速器件的失效,大大缩减期间寿命,并对此提出了解决方案。3失效分析：设计加速试验并研究失效样品,得到如下的失效机理：在高结温下环氧封装材料的退化引起出光效率降低；白光LED的YAG荧光粉在高温下发生退化；LED有源区或限制层产生的点缺陷引起的能级缺陷增长；高密度缺陷造成的金属电迁移导致器件开路或短路；p电极金丝焊点质量不高；封装材料与其他材料的热膨胀系数不同所引起的机械应力导致器件失效等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 LED发展概述
• 1.1.1 LED的发展历史
• 1.1.2 LED的应用前景
• 1.1.3 LED的研究进展
• 1.2 LED结构及原理
• 1.3 LED的可靠性研究
• 1.3.1 LED面临的主要问题
• 1.3.2 可靠性研究的意义和方法
• 1.3.3 加速寿命试验的研究动向
• 1.3.4 加速寿命试验的国内外进展
• 1.3.5 本文的工作
• 2 加速寿命试验理论
• 2.1 寿命试验
• 2.2 加速寿命试验
• 2.2.1 加速寿命试验的条件
• 2.2.2 加速寿命试验的分类
• 2.3 加速寿命试验模型
• 2.3.1 阿伦尼斯模型
• 2.3.2 艾林模型
• 2.3.3 逆幂律模型
• 2.3.4 其它模型
• 2.4 小结
• 3 LED的加速寿命试验
• 3.1 LED的电流加速寿命试验
• 3.2 LED的高温加速寿命试验
• 3.3 LED的双应力加速寿命试验
• 3.3.1 加速方程分析
• 3.3.2 试验设计
• 3.4 小结
• 4 试验结果分析
• 4.1 LED的热特性分析
• 4.2 LED的失效分析
• 4.3 提高LED寿命的方法
• 4.4 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1