溫度對大功率LED可靠性的影響
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發布日期： 2020.06.19
電子（zǐ）產品的可靠性和壽命（mìng）對溫度非常敏感。溫度（dù）升高時，器件故障率迅速（sù）增大。根據阿侖尼烏（wū）斯模型可知，當溫度超過一定值時,器件（jiàn）的壽命呈指數（shù）規律下降（jiàng）。大功（gōng）率（lǜ）LED的結溫常常（cháng）比較（jiào）高，這是因為(1)芯片的內量（liàng）子效率不可能達到100%。注入的電荷(空穴)隻有（yǒu）一部分發生輻射複合，產生光子，另一部分（fèn）則終變成熱; (2) LED芯片材料與其周圍材料的折射係數的不一致,致使（shǐ）芯片內部（bù）產（chǎn）生的（de）一部分光子無法順利地從芯片中溢（yì）出，而是在（zài）界麵處產生（shēng）全反射，返回到芯片內部。熒光粉激發出的光也有一部分進入（rù）芯片內部。這些光在LED芯片內部（bù）經過多次反射後終被芯片（piàn）材（cái）料或襯底吸收，以晶格振動的形式變成熱;
(3) 芯片上的電極結構、表麵ITO層和PN結的（de）材（cái）料等均存在一定的電阻值，當電流流過時，這（zhè）些電阻（zǔ）就會產生焦耳熱。從電能到終從（cóng）芯片出射的光能之間的（de）變換有必然的損耗，損耗的那部分能量轉化為熱量,使芯（xīn）片的（de）溫度不斷升高，這就是LED芯片的自加熱效應。如果沒有良（liáng）好的散熱，使芯片產生的熱量散發不（bú）出去，那麽芯片的結（jié）溫就會過（guò）高，引起LED光源性能的下降和可靠性的降低，終導致失效。
溫度過高會引起芯片（piàn）性能和熒光粉性能（néng）的下（xià）降。對LED芯片性能的影（yǐng）響主（zhǔ）要表現在使內量（liàng）子效率降低。內量子效率是（shì）溫度的函數，溫（wēn）度越高內量子效率越（yuè）低。這是因為（wéi）溫度升高，電子與空穴的濃度會增（zēng）加，禁帶寬度會減小，電子遷移率將減（jiǎn）小，且勢阱中電子與空穴的輻射複合幾率降低（dī），造成非輻射複合，從（cóng）而降低LED的內量子效率。溫度（dù）升高導致芯片的藍光波長向長波方向偏移，使芯（xīn）片的（de）發射波長和熒光粉的激（jī）發波長不匹（pǐ）配，也會造成白（bái）光LED外部光提取效率的降低。因為溫（wēn）度淬滅效應，溫度的升高會使熒光粉本身的量子效率降低。另外，由於矽膠和熒光粉顆粒之間的折射率和熱膨脹係數不匹（pǐ）配，過高的溫度也（yě）會使熒光粉層的光（guāng）轉換效率下降（jiàng）。
溫度對LED光源可靠性的影響主（zhǔ）要表現在使LED出現光通量的下（xià）降和其他失效形式（shì），縮短LED的壽命。過高的溫度會使LED芯片壽命變短。因為高溫（wēn）會（huì）使芯片（piàn）材料老化（huà）加快、性能下降。高溫引起的內量子效率的降低也（yě）會使更多的電不能以光的形式透（tòu）射出（chū）去，而是轉化成熱使結溫升高，更加加速LED芯片的老（lǎo）化；高溫也會引起封（fēng）裝材料降解加快、性能下降。過高的溫度會使灌封膠的顏色變黃（huáng），使得LED光效急劇降低
或造成災難性失效。因（yīn）為膠（jiāo）類的封裝材料為熱的不良導體，結溫和外界環境溫度之間的溫度差會造成LED內部較高的溫度梯度（dù），由於材料之間的（de）CTE失配，使LED發生分（fèn）層、裂紋、金線斷裂等失效形式。
研（yán）究LED光源在（zài）高（gāo）溫下的失效機製，找出高溫下會引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（yì）。對於LED這類超長壽命的電子器件，通常（cháng）使用比正常使用時所預期的溫度更高的溫度來進行可靠性試驗，即加速試驗。施加（jiā）的加速條件會使潛在的缺陷或者設計的薄弱（ruò）環節在較短（duǎn）的時（shí）間內（nèi）發展為實際的失（shī）效，確認溫度可能導致（zhì）的失效的形式和機製（zhì）。
