LED加速寿命试验及老化机理分析

• 作 者: 王璐
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2010年期

基于节能的需要以及人们对照明质量要求的不断提高，半导体照明光源以其高效节能、长寿命、色彩丰富和环保等特点受到了人们的广泛关注。发光二极管（LED）作为半导体照明的代表，其性能近来提高很快，有望取代白炽灯、荧光灯和高压放电灯等传统光源，成为人类照明史上的第四代照明光源。由于其应用领域越来越广，LED的可靠性研究显得日趋重要。本课题就是根据LED可靠性研究的需要而展开的深入的研究。　　
本课题以小功率发光二极管及大功率LED为研究对象，观察、测量了其在大电流下的退化情况，并给出了相应的失效机理分析。主要工作有：　　
1.设计了LED加速寿命试验和大应力下退化试验的试验方案并搭建了工作平台。将光通量作为敏感参数，用逆幂率模型推算出了寿命。　　
2.对比了两种小功率LED（定义为样品A和B）在60mA电流下光、电、热参数的退化，并对失效机理进行了分析。通过对比两种样品的加热响应曲线，发现有源区产生了缺陷并且焊料等封装材料退化，样品B的焊料退化严重但芯片要好于样品A，这和I-V曲线的解释是一致的。通过对比在不同电流应力下，同种样品的小功率I-ED的退化情况，发现电流应力越大，就越容易形成缺陷。　　
3.测量了大功率LED在600mA电流应力下光、电、热参数的退化，并对失效机理进行了分析。用I-V曲线的退化证明了，大电流对LED的老化作用主要发生在有源区，即有源区在大电流的作用下温升发生了变化，激发出了更多的缺陷。利用扫描电子显微镜对比分析了老化前后树脂封装、金属引线及表面金属电极的变化，发现它们均有退化。　　
4.通过对LED的光、热耦合进行了初步的分析，发现转换效率的退化可以分为两个部分：一小部分是可恢复性的退化，主要是受结温的影响，温度升高使载流子从量子阱中溢出导致外量子效率下降；一部分是不可恢复性的退化，这可能是由于材料的不可恢复性的退化。对于LED参数的测量条件以及退化的分析具有较好的指导意义。