大功率LED照明燈具的失效機理及可靠性研究.pdf

1、分類號密級UDC編號桂林電子科技大學碩士學位論文題目大功率大功率LED照明燈具的失效機理及可靠性研究照明燈具的失效機理及可靠性研究（英文）（英文）ResearchonFailureMechanismReliabilityofHighPowerLEDLightingLuminaries研究生姓名:劉東靜指導教師姓名、職務:楊道國教授申請學位門類:工學碩士學科、專業(yè):機械電子工程提交論文日期:2012年4月論文答辯日期:2012年6月201

2、2年6月10日摘要I摘要在節(jié)能減排的浪潮下，LED照明產品憑借其體積小、壽命長、響應速度快和抗震性好等優(yōu)勢必將成為下一代綠色光源。然而，鑒于目前國內外對LED燈具產品的可靠性研究還處于起步階段，針對LED照明燈具熱、電應力下的失效問題，本文選取LED室內照明燈具作為研究對象，主要展開以下研究工作：1）對目前LED燈具系統(tǒng)可靠性的研究情況進行調研。2）設計基于溫度步進（45℃～85℃～95℃）的加速試驗和LED燈具耐久性試驗，試驗后對樣品

3、進行光譜分布特性測試，探索溫度和電壓對LED燈具產品光、色、電參數(shù)的影響。3）對LED燈具系統(tǒng)的子系統(tǒng)模組進行熱特性分析。分析老化前后樣品的電壓溫度系數(shù)、光效和熱阻。4）定義LED燈具偽結溫的測試方法。一方面分析其可信性，在LED燈具容許工作溫度范圍內對單顆LED結溫和模組結溫對比驗證；另一方面對該方法進行應用分析，證明探討該方法適合于LED照明燈具產品的可靠性評估。5）利用有限元分析軟件ANSYS模擬不同溫度環(huán)境下樣品的溫度場和應力場

4、，結合實驗進行對比分析。6）基于以上試驗后，通過對樣品進行IV特性測試、CSAM檢測、XRay檢測和開封試驗來觀察LED燈具樣品在不同的測試工作環(huán)境下的可靠性情況，確定其失效模式，對其失效機理進行分析和探討。最后指出幾點可靠性措施。研究結果表明：(1)通過調研國內外相關的研究和報道，LED燈具系統(tǒng)的失效機理和可靠性研究目前還處于孵化階段，深入研究LED照明產品的可靠性很有必要。(2)透光罩的不同使LED燈具散熱片溫度表現(xiàn)不同。相比恒溫恒

5、濕的工作條件，溫度對LED燈具光通量和光量子數(shù)的變化率影響很大。主波長受溫度和電壓影響的樣品表現(xiàn)各異。不同溫度區(qū)間，樣品顯色指數(shù)退化表現(xiàn)不同，電壓對紅色比的影響要小于對色純度的影響。(3)溫度的增加，電壓溫度系數(shù)受封裝形式的不同略有增加。老化前后，樣品受電應力影響的熱阻要大于未通電樣品的熱阻，同時發(fā)現(xiàn)LED燈珠個數(shù)越多，電壓和溫度應力的耦合作用越明顯。不同溫度區(qū)間，電壓的存在使光效下降率不同。(4)LED燈具偽結溫測試方法可信性強，能夠

6、較好地評估LED燈具照明的可靠性。(5)LED燈具的結溫與環(huán)境溫度存在線性關系：Y=X30，同時發(fā)現(xiàn)熱阻變化很小，略小于實際測量的實驗值。不同溫度下芯片處的應力場分別達到172Mpa、210Mpa和219Mpa，應力主要集中在密封膠處，過大的應力導致芯片分層和透鏡脫落。(6)LED燈具產品的失效模式主要分為封裝級失效、模組級失效和燈具系統(tǒng)失效，其潛在的失效機理為芯片損傷、過應力失效、封裝材料退化、散熱不良、驅動失效等。最后指出三點提高L