一、摘要: 
   對大功率 GaN 基白光 LED 在 85 ℃下進(jìn)行了高溫加速老化實(shí)驗(yàn)。經(jīng) 6500 h 的老化，樣品光通量退化幅度為 28% ～ 33% 。樣品的 I-V 特性變化表明其串聯(lián)電阻和反向漏電流不斷增大，原因可歸結(jié)為芯片歐姆接觸的退化及芯片材料中缺陷密度的提高。樣品的熱特性變化顯示出各結(jié)構(gòu)層熱阻均明顯增大，這是由散熱通道上各層材料的老化及焊料層出現(xiàn)大面積空洞引起的。分析表明，高溫老化過程中芯片和封裝材料的退化共同導(dǎo)致了 LED 的緩變失效。
二、引 言：
   半導(dǎo)體照明是近年來全球發(fā)展前景的高新技術(shù)之一，隨著以 GaN 為代表的第三代半導(dǎo)體材料的興起，產(chǎn)品光效的迅速提升，藍(lán)光和白光發(fā)光二極管( LED) 的大規(guī)模量產(chǎn)，其在照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用已逐漸實(shí)現(xiàn)［1］。2010 年，Cree 公司的白光 LED 的實(shí)驗(yàn)室光效已提高到 208 lm /W，而光效為 132 lm /W、光通量為 139 lm 的單顆芯片封裝產(chǎn)品也于 2009 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。歐司朗、Lumileds等供應(yīng)商的量產(chǎn)白光 LED 的光效也都在 100 lm /W以上。



   雖然大功率 LED 已經(jīng)具備了通用照明所需的發(fā)光效率，但是如何提高其壽命與可靠性是業(yè)界一直未能完全解決的難題。如果不能實(shí)現(xiàn)高可靠性和長壽命的 LED 光源，即使發(fā)光效率再高，昂貴的維護(hù)成本也必然會限制其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，所以如何提高大功率 LED 的可靠性成為現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。
   由于大功率 LED 是功率型器件，受溫度和電流影響較大，且產(chǎn)品壽命一般可達(dá)幾萬小時，因此對其可靠性的研究通常采用高溫加速老化或者大電流加速老化的方法，使其在失效機(jī)理不變的前提下短時間內(nèi)各性能參數(shù)發(fā)生明顯退化。本文對額定功率為 1 W 的 GaN 基白光 LED 進(jìn)行了溫度應(yīng)力加速老化實(shí)驗(yàn)，在老化過程中測量了樣品的光通量、I-V 特性、熱阻等參數(shù)，進(jìn)行了對比分析，并探究了 GaN 基大功率白光 LED 的失效機(jī)理。
三、實(shí)驗(yàn)：
   將 1 mm × 1 mm 的 GaN 基大功率藍(lán)光芯片涂敷 YAG 黃色熒光粉制成的白光 LED 作為實(shí)驗(yàn)樣品，初選 5 支光、電、熱等主要性能參數(shù)值相近的器件樣品。器件外形如圖 1 所示。將 LED 樣品固定于可施加電流的恒溫實(shí)驗(yàn)平臺上，樣品的金屬管殼與恒溫平臺的導(dǎo)熱膜緊密接觸，以達(dá)到良好的導(dǎo)熱性能。為保證高應(yīng)力下樣品的失效機(jī)理與正常應(yīng)力水平相同，結(jié)合樣品供應(yīng)商提出的芯片結(jié)溫應(yīng)低于 130 ℃以確保灌封硅膠和熒光粉不會非正常失效的建議，將老化平臺溫度設(shè)定為 85 ℃，電流為樣品的額定工作電流 350 mA。LED 的結(jié)溫由下式表示:
   TJ = TA + Pth·Rth， ( 1)其中 TJ是結(jié)溫，TA 為 LED 的管殼溫度，Pth為 LED的熱耗散功率，Rth為芯片到管殼的熱阻。老化前測得的樣品熱阻均值為 12 K /W，老化初始時各樣品結(jié)溫約為 97 ℃。通過階段性測試樣品的光通量、I-V 特性以及熱阻等關(guān)鍵性參數(shù)來記錄樣品性能的退化情況。http://m.zhdtlyjq.com