可靠性与热管理打响LED高品质新征途

灯具灯饰网 2016/11/18 14:51:11  来源:网上收集
【灯具灯饰网2016年11月18日网讯】 可靠性与热管理是影响led照明高品质的重要因素,蔓延在产业链的各环节,一直备受关注。随着半导体照明产业及市场的不断成熟,进入新的发展阶段,进一步提高LED的光效率和降低LED的制备成本更为非常重要,丝毫不能放松。

11月15日-17日,一年一度的行业盛会--第十三届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA2016)在北京国际会议中心召开。SSLCHINA的经典分会--“可靠性与热管理技术”,武汉大学动力与机械学院院长、教授刘胜与飞利浦首席可靠性工程师陶国桥共同担任分会主席并担任嘉宾主持人。

携手来自桂林电子科技大学机电工程学院院长、教授杨道国,德国英戈尔施塔特应用技术大学AlexanderHanss,华中科技大学教授罗小兵,美国科锐公司应用工程经理RalphC.Tuttle,长庚大学电子工程学系教授陈始明,长春希达电子技术有限公司副总经理汪洋,河海大学机电工程学院樊嘉杰,天津工业大学博士宁平凡等国内外企研究机构、企业代表等重量级专家,多角度共同论道可靠性与热管理技术的发展。

其中,来自美国科锐公司的应用工程经理RalphC.Tuttle介绍了COBLED的可靠性,并回顾COBLED的制造方式、COBLED的固有可靠性挑战、COBLED装配的关键点和使用COBLEDs过程中需要避免常见错误的建议。

他表示,在照明行业中使用板上芯片(COB)LED显着增加。设备制造商不需要投资昂贵的SMT加工设备就可以组装照明产品,而SMT是传统的分立式led封装所需要的。然而,尽管它们明显易于使用,COBLED与分立LED相比,实际上对组装方法的变化、热管理技术和材料选择更加敏感。即使在看似相对良好的条件下操作COBLED,如果不仔细考虑上述问题,产品的可靠性将受到明显影响。

LED与传统的光源相比有许多优势,如照明效率高、节能、寿命长,因此越来越引起人们的关注。桂林电子科技大学机电工程学院院长、教授杨道国表示,在目前的产品中,70%以上的输入点能量转换成了热能。由于接合温度高,LED产品存在许多问题,比如量子效率低,光谱移位,色移,甚至寿命缩短。LED产品的热可靠性也令人担忧。在过去的十年间,尽管对LED的封装和模块进行了很多研究,但是测量和预测系统级的LED灯的寿命仍然是一个挑战。随后,杨道国教授还介绍了LED灯具寿命预测的快速评价方法,提出了基于子系统隔离法的LED灯的分级加载压力加速测试,包括减低压力加速衰变测试和增加压力加速衰变测试。

LED的可靠性取决于结温,进而取决于LED模块的热阻。来自德国英戈尔施塔特应用技术大学的AlexanderHanss教授对LED瞬态热阻测量的国际标准进行了介绍。他表示,用于测量LED封装的实际热阻的通用标准是JESD51-51,它基于MIL-STD-750D方法3101.3中描述的二极管的热阻抗测量标准以及在JESD51-14标准中的瞬态测量。瞬态测量基于半导体器件的正向电压的温度的依赖性。LED的热阻测量需要大量工作且容易出错,为了克服当前的情况,我们定义了执行瞬态热阻测量的工作流程,并建立了热循环。在本文中,首先解释了瞬态热阻测量中的典型误差。基于所讨论的误差和JESD51-51/14a的瞬态热电阻测量的实际工作流程定义了热循环过程。循环的第一个结果是在中国(中国科学院半导体研究所)和德国(因戈尔施塔特技术大学)实验室获得的测量结果。按计划,将有更多的LED制造商,模块装配商和可靠性研究所的更多实验室加入,促进实际工作流程的推广,保证的瞬态热电阻测量的质量。

华中科技大学教授罗小兵表示,在LED荧光粉加热、建模与实验测试中发现,LED领域通常关心芯片的热和热管理。由于光致发热量很小,荧光粉的热量通常被忽视。在这个报告中,我们将介绍荧光粉发热导致高温现象,然后我们提出耦合的光热模型,通过非接触实验我们测量了芯片表面温度。通过上述工作,我们希望开发一些新的工艺来解决荧光粉散热和光衰现象。

高功率LED以其多种优势,正在取代传统照明光源。然而,由于缺乏对其失效机制和相关可靠性问题的研究,它的可靠性仍然引起人们的担心,尤其对于户外应用。长庚大学电子工程学系教授陈始明还在“高功率LED在户外应用中的退化物理研究综述”报告中,对不同湿度和高温下高功率LED进行研究。高功率LED的失效机制随着湿度的变化而变化,在器件的寿命周期的不同时段中也会产生变化,这就导致了目前的寿命预测模型不再适用于高功率LED。

长春希达电子技术有限公司副总经理汪洋在高功率密度大瓦数LED照明关键技术及应用报告中指出,针对目前传统大功率照明产品能耗大,寿命短等问题,介绍LED照明替换传统大功率产品的热学、电学、配光和整机优化设计等关键技术,实现大功能LED照明高光效、小体积、轻量化,使大功率LED照明产品替换传统大功率照明产品成为可能,推动LED照明产业发展。

高功率LED以其多种优势,正在取代传统照明光源。长庚大学电子工程学系教授陈始明分享了“高功率LED在户外应用中的退化物理研究综述”研究报告时指出,由于缺乏对其失效机制和相关可靠性问题的研究,它的可靠性仍然引起人们的担心,尤其对于户外应用。本文综述了不同湿度和高温下高功率LED的研究。高功率LED的失效机制随着湿度的变化而变化,在器件的寿命周期的不同时段中也会产生变化,这就导致了目前的寿命预测模型不再适用于高功率LED。

紧接着,来自河海大学机电工程学院樊嘉杰介绍了“HEMT封装上金锡共熔晶粒黏贴的可靠性优化”研究报告。他表示,典型的基于SiC和GaN的宽禁带半导体用于制造功率半导体器件引起了广泛关注,由于它与常规的硅基器件相比,热导率高,击穿场强高,操作温度高,功率损耗低。一些功率器件的操作温度超过200℃,对于芯片键合层的可靠性来说是一个巨大的挑战,导致各种分层和差的热界面。金-锡共熔焊接合金熔点高,电导率和热导率高,高温稳定性好,可湿性极好,焊点强度高,无焊料焊接实用性强,是最有潜力的芯片键合材料。然而,关于功率半导体器件的芯片和衬底材料的疲劳损坏的联合效应的信息很少。因此,为优化器件结构的设计,芯片和衬底材料合并的芯片键合层的可靠性很有研究价值。

每个温度周期中积累的金-锡共熔焊接合金键合层在不同HEMT封装中采用不同芯片和衬底条件下的疲劳损伤。每个周期的疲劳损伤的特点为来源于FEA的粘塑层能量积累。芯片和衬底材料以及它们之间的相互作用对疲劳损伤积累的影响。对于CaN芯片,为保持与Si芯片Cu衬底系统接近的寿命,应采用薄的有弹性的衬底。结果还表明,增加芯片键合层的焊点高度可以有效避免AuSn层中的裂纹萌生,尤其对于GaN系统。最终,对于具体的封装给出了选择合适材料的指导方针。

最后,来自天津工业大学博士宁平凡分享了Mn2+掺杂CdSe/CdS/ZnS量子点的光致发光和热稳定性研究报告。量子点具有高量子效率,宽吸收,饱和色高,并且颜色易于调谐,是一种极好的替代荧光粉的材料。然而,由于由于量子点不可避免的电流感应的焦耳热量,成本难以降低,到目前为止,它还不能成为理想的热可靠性好的标准led芯片

研究表明,采用薄的CdS/ZnS外壳堵塞非激发混合物的中心,可以实现高荧光量子效率和增强热稳定性的量子点。Mn掺杂量子点激发的热稳定性在很大程度上依赖于外壳厚度和主带隙,比非掺杂的量子点高很多。而且,还提出了Mn2+掺杂CdSe/CdS/ZnS量子点激发的热淬火机制。
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