大功率LED结温测量及发光特性研究

介绍了基于正向电压法原理自行研制的大功率LED结温测试系统,结温定量测量精度可达±0.5 ℃.利用该系统对不同芯片结构与不同封装工艺的大功率LED热阻进行了测量比较,并对不同结温的大功率LED发光特性进行了研究.结果表明,不同结构芯片温度-电压系数K明显不同;采用热导率更高的粘结材料和共晶焊工艺固定LED芯片,会明显降低封装层次引入的热阻.结温对光辐射功率有直接影响,若保持结温恒定,光辐射功率随电流增大线性增加;若保持外部散热条件不变,热阻大的芯片内部热量积累较快,导致结温上升速度更快,光效随电流增加而下降的趋势也更为严重.     

大功率LED多芯片集成封装的热分析

随着高亮度白光LED在室内、室外照明领域的应用,多芯片LED的集成封装方式是其发展的主要趋势之一,而热问题却是多芯片LED集成封装的瓶颈问题之一。建立了多芯片LED集成封装的等效热路模型,并采用有限元分析(FEA)的方法对多芯片LED集成封装的稳态热场分布进行了分析,同时通过制作实际样品研究大功率LED多芯片集成封装的热阻、发光效率与芯片工作数量的关系。结果表明集成封装的多芯片白光LED结温随着集成芯片数量的增加成线性增长,芯片到基板底面的热阻随着芯片工作数量的增加而增大,而其发光效率随着集成芯片数量的增加成线性减小。     

大功率白光LED的结温测量

大功率LED器件的结温是其热性能的重要指标之一,温度对LED的可靠性产生重要的影响。采用板上封装的方法,利用大功率芯片结合金属基板封装出了大功率白光LED样品,利用LED光强分布测试仪测试了器件的I—V曲线,用正向电压法测量了器件的温度敏感系数,进而通过测量与计算得到器件的结温和热阻。最后利用有限元对器件进行实体建模,获得了器件的温度场分布。测量结果表明：正向电压与结温有很好的线性关系,温度敏感系数为2mV·℃^-1,LED的结温为80℃,热阻为13℃·W^-1。有限元模拟的结果与实测值具有良好的一致性。     

准确测量大功率LED热阻的新方法

准确测量大功率LED的热阻,关键是准确地确定LED的结温增量.首先利用正向电压法获得LED的结温;通过测量LED的降温曲线,计算获得LED稳定工作时底座的温度,从而得到LED的结温相对底座温度的增量.然后,再与注入电功率相除,即可得到准确的热阻.与常规方法相比,避免了直接测量LED底座温度中界面热阻的影响,使得测量LED的热阻更加准确、方便.该方法还可以用于测量贴片封装LED等常规方法难以测量的LED以及用于分析大功率LED二次封装时引入的热阻,为评价大功率LED的封装质量提供了一种有效的评测手段.     

键合材料对1W白光LED性能的影响

对采用银浆和250℃、130℃度高、低温锡膏作为芯片键合材料的1W白光LED结温、热阻和光衰进行了对比研究。研究结果表明,与采用银浆作为芯片键合材料的LED相比,采用锡膏作为芯片键合材料的1W白光LED的结温下降了10℃以上,热阻也相应下降了约10K/W;两种键合材料的1W白光LED初始光通量基本没有差别,在光衰试验中,初期均存在光通量提高现象。在环境温度58℃时,工作1400h之后,光通量才开始小于初始光通量;在工作2880h之后,两种键合材料的1W白光LED光衰相差6%。     

带有TSV的硅基大功率LED封装技术研究

介绍了一种带有凹槽和硅通孔(through silicon via,TSV)的硅基制备以及晶圆级白光LED的封装方法。针对硅基大功率LED的封装结构建立了热传导模型,并通过有限元软件模拟分析了这种封装形式的散热效果。模拟结果显示,硅基封装满足LED芯片p-n结的温度要求。实验结合半导体制造工艺,在硅基板上完成了凹槽和通孔的制造,实现了LED芯片的有效封装。热阻测试仪测得硅基的热阻为1.068K/W。实验结果证明,这种方法有效实现了低热阻、低成本、高密度的LED芯片封装,是大功率LED封装发展的重要方向。     

功率LED结温和热阻在不同电流下性质研究

通过对不同驱动电流下各种颜色LED结温和热阻测量,发现各种颜色LED的热阻值均随驱动电流的增加而变大,其中基于InGaN材料的蓝光和白光LED工作在小于额定电流下时,热阻上升迅速;驱动电流大于额定电流时,热阻上升速率变缓。其他颜色LED热阻随驱动电流变化速率基本不变。结温也随驱动电流的增加而变大。相同驱动电流下,基于AlGaInP材料的1W红色、橙色LED的结温要低于基于InGaN材料的蓝色、绿色、白色LED的结温。分别用正向电压法和红外热像仪法测量了实验室自制的1 mm×1 mm蓝光芯片结温,比较了两种方法的优缺点。结果表明,电学法测量简单快捷,测量结果可以满足要求。     

LED光源的结温测量方法

分别采用红外热像仪、管脚温度法和Ansys模拟计算法分析测量了LED筒灯的结温。结果表明：管脚测量法能够通过测量管脚的温度,准确地推测出LED芯片的结温。由于这种方法具有非破坏性、精确性、简易性和非接触性,因此可广泛应用于LED结温的测量。测量误差主要取决于封装热阻的误差,而封装热阻是LED灯珠的固有属性,不随着外界温度和散热能力的改变而改变,因此管脚测量法具有通用性。     

一体化封装LED结温测量与发光特性研究

基于一体化封装基板,制备了大功率白光LED。以低热阻的一体化封装基板为基础,设计了结温测量系统。利用光谱仪测得不同结温下LED的光电参数,并对其机理进行了分析。在工作电流为0.34A,所研究温度范围为10.8～114.9℃。实验结果表明,一体化封装的LED结温与正向电压、光通量、光效和色温有着良好的线性关系;结温的变化对主波长及色坐标影响甚微;结温的上升导致蓝光段强度下降且光谱发生红移,黄光段强度上升且光谱发生宽化,峰值波长由450nm转为550nm。     

大功率白光LED封装技术对器件寿命的影响

通过功率LED器件封装工艺技术的改进来降低芯片结温,从而减缓器件光衰速率,延长其预期的工作寿命时间。对用于封装的关键原材料的选取进行了对比实验,指出了采用纳米级材料改进导热可降低热阻,论述了正确选用混胶材料和工艺,可以减缓器件光衰速率,达到在较高的环境温度条件下,器件使用寿命大于50 000 h。论述了器件芯片的结温对光、电、色性能的影响和不同结温其预期工作寿命时间也不同的关联性。     

LED结温、热阻构成及其影响

LEDPN结温上升会引起LED光学、电学和热学性能的变化,甚至过高的结温还会导致封装材料(例如环氧树脂)、荧光粉物理性能变坏,LED发光衰变直至失效,因此分析LED结温、热阻构成,如何降低PN结温升,是应用LED的重要关键所在。     

高亮度高纯度白光LED封装技术研究

通过对高功率InGaN(蓝)LED倒装芯片结构+YAG荧光粉构成白光LED的分析,可以得出这种结构能提高发光效率和散热效果的结论。通过对白光LED的构成和电流/温度/光通量的分析,可知在蓝宝石衬底和环氧树脂的界面间涂敷一层硅橡胶能改善光的折射率。改进光学器件的封装技术,可以大幅度提高大功率LED的出光率(光通量)。     

基于倒装焊芯片的功率型LED热特性分析

对LED的导散热理论进行了研究,推导出了倒装焊LED芯片结温与封装材料热传导系数之间的关系。通过分析倒装焊LED的焊球材料、衬底粘结材料和芯片内部热沉材料对芯片结温的影响,表明衬底粘结材料对LED的结温影响最大,并且封装材料热传导系数的变化率与封装结构的传热厚度成反比,与传热面积成正比。该研究为倒装焊LED封装结构和材料的设计提供了理论支持。     

LED环氧灌封工艺对其可靠性的影响

根据实际工作中分析发光二极管(LED)产品失效问题所获得的经验,探讨环氧树脂灌封工艺对LED可靠性的影响。采用理论结合试验验证的方法,从环氧树脂材料性能、固化工艺条件和改善树脂材料性能等方面,总结出环氧树脂灌封工艺影响LED可靠性的具体因素。环氧树脂材料的性能参数如玻璃化转变温度、热膨胀系数和弹性模量等会影响LED耐焊接热和光衰的能力;降低固化工艺条件会减少LED内应力,防止芯片隐裂;在环氧树脂中添加偶联剂可以提高LED产品气密性,防止水汽渗透,提高LED可靠性。最后建议应当根据不同LED的可靠性要求,选择合适的环氧树脂和固化工艺条件。     

COB塑料基板和玻璃封装的LED灯具双通道散热分析

提出了一种新的LED灯具封装方式,使用高导热玻璃壳和惰性气体替代传统的环氧树脂进行封装,使用塑料散热器代替传统铝基板,以达到双通道散热的效果。采用ANSYS有限元热分析软件,优化惰性气体层厚度,并通过改变LED个数和单灯功率与传统的陶瓷基板COB封装方式进行热仿真对比分析。研究表明,惰性气体层厚度为1.5 mm时散热效果较好,双通道散热灯具的热阻远小于单通道散热灯具热阻。由于玻璃与传统的环氧树脂相比,透光性高、不易老化、抗紫外线效果好,在大功率、密集型封装和紫外LED灯具大发展的市场环境下,这种新的封装方式应用前景广阔。     

基于COB技术的LED散热性能分析

当前,散热问题已成为影响LED寿命、光效、光衰和色温等技术参数的重要因素。文章在综合分析散热技术和LED封装对散热性能影响的基础上,利用COB(板上芯片)封装技术,将LED芯片直接封装在铝基板上,研制成了一种基于COB封装技术的LED。与SMD封装LED进行比较,分析了其散热性能。分析结果表明:基于COB封装技术的LED减少了LED器件的结构热阻和接触热阻,使其具有良好的散热性能。     

荧光粉浓度和电流强度对白光LED特性的影响

讨论了荧光粉浓度及驱动电流强度对白光LED特性的影响。采用软件模拟实验和实际封装测试相结合的研究方法进行分析研究。对荧光粉浓度变化对白光LED光通量和相关色温(CCT)的影响进行了三维光线追迹模拟,并且进行了实际的封装验证。另外对白光LED的节温和显色性也做了深入细致的研究。研究结果表明:CCT随着荧光粉浓度的增大而减小,光通量则先上升后下降。同时由荧光粉浓度和驱动电流强度变化所引起的节温升高会降低荧光粉的转换效率。对显色性而言,采用高浓度荧光粉封装的白光LED有相对低的显色指数;并且显色指数随着驱动电流强度的增加而升高,最终趋于稳定。