大功率LED照明燈具的失效機(jī)理及可靠性研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC編號(hào)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目大功率大功率LED照明燈具的失效機(jī)理及可靠性研究照明燈具的失效機(jī)理及可靠性研究（英文）（英文）ResearchonFailureMechanismReliabilityofHighPowerLEDLightingLuminaries研究生姓名:劉東靜指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):楊道國(guó)教授申請(qǐng)學(xué)位門(mén)類(lèi):工學(xué)碩士學(xué)科、專(zhuān)業(yè):機(jī)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(chǎn)品憑借其體積小、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快和抗震性好等優(yōu)勢(shì)必將成為下一代綠色光源。然而，鑒于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)LED燈具產(chǎn)品的可靠性研究還處于起步階段，針對(duì)LED照明燈具熱、電應(yīng)力下的失效問(wèn)題，本文選取LED室內(nèi)照明燈具作為研究對(duì)象，主要展開(kāi)以下研究工作：1）對(duì)目前LED燈具系統(tǒng)可靠性的研究情況進(jìn)行調(diào)研。2）設(shè)計(jì)基于溫度步進(jìn)（45℃～85℃～95℃）的加速試驗(yàn)和LED燈具耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)后對(duì)樣品

3、進(jìn)行光譜分布特性測(cè)試，探索溫度和電壓對(duì)LED燈具產(chǎn)品光、色、電參數(shù)的影響。3）對(duì)LED燈具系統(tǒng)的子系統(tǒng)模組進(jìn)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(jié)溫的測(cè)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(nèi)對(duì)單顆LED結(jié)溫和模組結(jié)溫對(duì)比驗(yàn)證；另一方面對(duì)該方法進(jìn)行應(yīng)用分析，證明探討該方法適合于LED照明燈具產(chǎn)品的可靠性評(píng)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(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)

4、，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。6）基于以上試驗(yàn)后，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行IV特性測(cè)試、CSAM檢測(cè)、XRay檢測(cè)和開(kāi)封試驗(yàn)來(lái)觀察LED燈具樣品在不同的測(cè)試工作環(huán)境下的可靠性情況，確定其失效模式，對(duì)其失效機(jī)理進(jìn)行分析和探討。最后指出幾點(diǎn)可靠性措施。研究結(jié)果表明：(1)通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究和報(bào)道，LED燈具系統(tǒng)的失效機(jī)理和可靠性研究目前還處于孵化階段，深入研究LED照明產(chǎn)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(duì)LED燈具光通量和光量子數(shù)的變化率影響很大。主波長(zhǎng)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(duì)紅色比的影響要小于對(duì)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(yīng)力影響的熱阻要大于未通電樣品的熱阻，同時(shí)發(fā)現(xiàn)LED燈珠個(gè)數(shù)越多，電壓和溫度應(yīng)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(jié)溫測(cè)試方法可信性強(qiáng)，能夠

6、較好地評(píng)估LED燈具照明的可靠性。(5)LED燈具的結(jié)溫與環(huán)境溫度存在線性關(guān)系：Y=X30，同時(shí)發(fā)現(xiàn)熱阻變化很小，略小于實(shí)際測(cè)量的實(shí)驗(yàn)值。不同溫度下芯片處的應(yīng)力場(chǎng)分別達(dá)到172Mpa、210Mpa和219Mpa，應(yīng)力主要集中在密封膠處，過(guò)大的應(yīng)力導(dǎo)致芯片分層和透鏡脫落。(6)LED燈具產(chǎn)品的失效模式主要分為封裝級(jí)失效、模組級(jí)失效和燈具系統(tǒng)失效，其潛在的失效機(jī)理為芯片損傷、過(guò)應(yīng)力失效、封裝材料退化、散熱不良、驅(qū)動(dòng)失效等。最后指出三點(diǎn)提高L