GaN基通孔垂直结构的发光二极管失效分析

基于X-射线透视仪进行无损伤检测发现发光二极管(LED)产品的封装会产生空洞的情况,特选取了GaN基通孔垂直结构的LED短路失效案例进行了失效性研究.利用光学显微镜、能谱仪和扫描电子显微镜对样品微观形貌进行表征,对失效样品进行金相切片处理,观察截面处形貌,最后根据分析结果得出样品的失效机理.分析结果表明:背金层空洞和固晶层空洞的存在加重了芯片通孔处应力不均,加快了GaN外延层的破裂的速度,致使LED失效.因此,在LED的封装过程中,也需要去避免空洞的产生,增加LED的可靠性.     

GaN基白光LED可靠性研究与失效分析

针对LED样品检测中的样品短路失效、LED光源黑化、光通量下降和芯片表面通孔异常现象,采用金相切片、机械微操、静电测试等方式结合扫描电镜和能谱仪（EDS）等表征手段对失效机制进行了分析,揭示了LED失效原因。包括镀层银离子与杂质硫离子导致光源黑化;芯片抗静电电压低,部分样品发生静电击穿;失效芯片通孔下面的Ni-Sn共晶层存在大量空洞,使得复杂结构的芯片通孔应力不均,样品工作时芯片表面开裂破碎,从而导致PN结短路失效;封装胶中残存的杂质离子腐蚀芯片负电极导致电极脱落而出现漏电、光衰和死灯等现象。     

GaN基白光LED电极的失效机制

对负电极脱落造成白光LED失效进行了研究。结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对退化样品芯片进行了表面形貌表征和微区成分分析。SEM观察到退化样品负极脱落处表面粗糙不平,且透明导电薄膜存在颗粒状结晶。经EDS检测发现负极脱落处存在腐蚀性氯元素,并在封装胶中检测出氯。分析认为,封装胶中残留的氯离子与负极中Al层发生的电化学腐蚀是致使样品失效的主要原因。     

基于Kolmogorov-Smirnov检验的LED可靠性评估

提出一种对光参量呈非单调下降规律的LED灯珠可靠性进行评价的方法.采用加速寿命实验获得光通量退化数据,利用指数叠加形式的退化模型对光通维持率退化数据进行拟合,与指数模型拟合效果相比,该模型具有更好的效果.用MATLAB软件计算样品的伪失效寿命,通过KolmogorovSmirnov检验法得到两个公司样本伪失效寿命分布分别服从对数正态分布和威布尔分布,以相应分布参量评估产品可靠性得到两个公司样本的伪失效寿命分别为5 328.37h和4 758.35h.该方法对参量呈非单调下降规律的LED器件可靠性的评估具有参考价值.     

白光LED封装材料对其光衰影响的实验研究

为了确定不同封装材料对白光LED光衰等性能指标影响的程度,进行了不同材料支架、不同种类固晶胶,以及不同厂家荧光粉及配粉胶的对比试验。试验发现,使用铜支架比铁支架LED的光效高,在第8周时光衰比铁支架低10％;使用银浆固晶比用环氧树脂寿命长,但初始光通比环氧树脂低近1／3;不同厂家的荧光粉对白光LED光衰的影响程度不同;使用环氧树脂作为配粉胶比用硅胶寿命短,但初始光通量相对高出25％。分析认为,主要是由于不同固晶胶和支架使PN结至支架之间的热阻发生了变化,不同配粉胶在LED封装过程中烘烤温度不一样,以及荧光粉本身具有光衰特性导致了白光LED产生不同程度的光衰。因此,在进行白光LED的封装设计、制造过程中,应根据用户对初始光通量、光衰以及色温漂移等参量的重视程度综合考虑并选择相应的封装材料．     

导致单管型白光发光二极管快速光衰的实验研究

很多国内封装的单管(Lamp)型白光发光二极管(LED)半光衰时间往往较短,这与大功率白光LED有很大不同.为了找出导致单管型白光LED快速光衰的真正原因,在分析国内外研究现状的基础上,对不同老化时期的白光LED样品进行解剖,并对封装内部结构材质的变化进行分析.实验发现两种现象,一是有些封装体内固晶胶产生黄变,二是有些蓝光芯片上表面会形成一层深黄色薄膜.去除黄变的固晶胶,或者清洗掉芯片上表面的薄膜后重新封装,白光LED光通量均会有较大提高.荧光粉胶体和固晶胶与蓝光芯片直接接触,并对其完全包围,这两种胶体材料的变性老化对单管型白光LED的光衰有直接重要的影响.     

大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。     

封装对φ5白光LED寿命的影响研究

为了确定不同封装材料对φ5白光LED光衰的影响程度,对封装用芯片、键合材料、荧光粉、硅胶和环氧树脂进行了对照分析。研究结果表明:芯片质量是关键;键合材料、荧光粉和外封装环氧树脂对光衰的影响相对较弱;使用普通环氧树脂配粉,导致φ5白光LED寿命只有硅胶配粉φ5白光LED寿命的1/7,环氧树脂配粉胶对白光LED寿命的影响非常大。由高质量芯片和高性能的环氧树脂配粉胶封装成的φ5白光LED,在连续工作1200h后,其光衰小于5%。     

高气密性的深紫外LED半无机封装技术

深紫外LED可通过物理方式破坏病毒和细菌的结构，从而获得高效消毒的效果。相比于工艺成熟的蓝光LED，如何提高深紫外LED的封装可靠性和出光率仍是关键问题。本文采用基底预热方式微固化封装胶，结合阵列点胶方式将石英玻璃固定在镀铜围坝，制备了半无机封装的深紫外LED。该器件的输出波长为275 nm，半峰宽约为11 nm。对比传统类透明材料封装的器件，石英封装的深紫外LED有更高的出光率。在真空红墨水和氦气漏率实验中，采用本文提出的半无机封装技术的深紫外LED器件表现出高密封性。此外，在加速老化测试中，该封装器件的光衰速率在20%以内。实验结果表明，对比有机封装的深紫外LED器件，在基底预热条件下，采用阵列点胶固定石英玻璃是现阶段提高深紫外LED可靠性的一种封装方法。     

辐射与发光

发光与发光器件TN312.82007032029大功率白光LED封装设计与研究进展=Advances inpackaging design and research on high-power white LED[刊,中]/陈明祥(华中科技大学微系统研究中心.湖北,武汉(430074)),罗小兵…//半导体光电.?2006,27(6).?653-658从光学、热学、电学、机械、可靠性等方面,详细评述了大功率白光LED封装的设计和研究进展,并对封装材料和工艺进行了具体介绍。提出LED的封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑。在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装工艺…     

深紫外LED封装技术现状与展望

深紫外发光二极管(Deep-ultraviolet light-emitting diode, DUV-LED)具有环保无汞、寿命长、功耗低、响应快、结构轻巧等诸多优势,在杀菌消毒、生化检测、医疗健康、隐秘通讯等领域具有重要应用价值。近年来,深紫外LED技术取得了快速发展,主要体现在光效和可靠性的不断提高,这一方面得益于芯片制造过程中氮化物材料外延和掺杂技术的进步,另一方面归功于深紫外LED封装技术的发展。但是,与波长较长的近紫外和蓝光LED相比,深紫外LED的光效和可靠性仍有很大提升空间。本综述重点对深紫外LED封装关键技术进行了系统分析,包括封装材料选择、封装结构设计、封装工艺优化、反射光损耗机制以及结温和热管理等,同时从提高光效与器件可靠性角度阐述了深紫外LED封装的最新研究进展,并对后续技术发展进行了展望。     

纳米银焊膏封装大功率COB LED模块的性能研究

为提高大功率LED的散热能力,采用具有更高熔点和更优良的导电导热性能的纳米银焊膏作为芯片粘结材料,以Al2O3基陶瓷基板封装COB LED模块。同时以Sn/Ag3.0/Cu0.5和导电银胶两种粘结材料作为对比,分别在27,50,80,100,120℃等环境温度中测试3种模块的光电性能来评估模块的热管理水平;在100℃环境下进行加速老化实验,评估3种LED模块的可靠性。测试结果表明,纳米银焊膏封装的大功率LED模块光电性能优异,且具有较强的长期可靠性。     

白光和红绿蓝光LED可调光源研制

为了提高LED光源色温和亮度的调节精度和准确度,结合色温由低向高变化时光色所呈现的渐变特点,提出了一种低色温白光LED灯珠、高色温白光LED灯珠加红绿蓝光LED灯珠补偿式调光的方法.将色温分成三个部分进行调节,每个部分选用不同的LED灯珠组合来进行调光.实验结果表明:不同组合情况下的LED光源的初始输出色温相对于目标值的偏差范围在1％以内;亮度可以在保证色温不变的情况下独立进行调节,初始输出值与目标值的偏差范围在1％以内;经过微调之后可以达到目标值;达到了色温和亮度独立调节的要求;光源发光稳定,不会因为长时间工作而影响调节精度.     

机载平视显示器数字像源背光组件设计

随着COB封装技术发展,采用LED芯片构建液晶显示器背光组件成为一种新的思路;提出了LED芯片COB板结合配光透镜阵列的透镜阵列型COB新颖背光组件;通过LIGHTTOOLS软件构建了3.8Inch机载平视显示器数字像源背光组件模型,仿真分析照度均匀性达到98%,空间亮度均匀性超过85%,光能利用率超过90%。与LED芯片COB板背光组件、及机载平视显示器正用数字像源LED灯珠阵列背光组件照度、空间亮度和强度视角分布进行了仿真对比,在同样输出3150Lumen情况下,透镜阵列型COB背光组件照度超过6.6×10~5 Lux、空间亮度接近2.0×10~6 Nit,远远超过其他两种背光形式,同时保持了与LED灯珠阵列背光基本相同的视角包络。     

基于热场分析的LED日间行车灯优化设计

针对LED日间行车灯的设计需求,提出通过热场仿真分析实现其热性能优化设计的方法。首先,根据LED日间行车灯的结构建立其有限元仿真模型,通过实验观测LED日间行车灯工作中的温度分布情况,并以实验观测结果验证仿真模型的有效性;然后,基于以上模型仿真分析日间行车灯的灯珠间距、铝基板厚度与LED灯珠结温之间的关系;以上述关系为约束条件,结合生产成本,得出在LED灯珠一定的情况下,灯珠间距为37 mm、铝基板厚度为1 mm的最优化设计方案,使LED日间行车灯能够可靠工作且成本更低。     

以改进的迈克尔逊干涉仪测量LED封装材料的热膨胀系数

LED封装材料在封装的过程中由于热膨胀的缘故会产生应力,将对LED的发光效率产生较大影响。改装的迈克尔逊干涉仪用于测量二氧化钛/有机硅复合的LED封装材料在不同温度范围内的热膨胀系数,具有测量准确,分辨率高等优点。     

LED梯度折射率封装结构的蒙特卡罗模拟

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式,用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播,分析散射系数对透光率的影响.结果表明,透光率随散射系数增大而减小.对于固定的封装层数,各层均采取最佳折射率值时,透光率可以达到最大.梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构,透光率高于传统的封装模式,能够提高LED的出光效率.     

LED梯度折射率封装结构的蒙特卡罗模拟

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式,用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播,分析散射系数对透光率的影响.结果表明,透光率随散射系数增大而减小.对于固定的封装层数,各层均采取最佳折射率值时,透光率可以达到最大.梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构,透光率高于传统的封装模式,能够提高LED的出光效率.     

一种基于伪失效寿命的LED可靠性快速评价方法

提出一种快速评价LED可靠性的有效方法。通过测试LED样品的伪失效寿命,结合Minitab软件进行数据分析,确定全部样品的伪失效寿命服从二参数的威布尔分布。通过计算威布尔分布尺度参数,比较不同样品的尺度参数来评价产品的可靠性。该方法对LED的可靠性评价和寿命预测有一定的参考价值。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析（英文）

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。