散熱能力的強(qiáng)弱直接影響大功率 LED 的性能，而熱阻則是表征器件散熱能力的重要熱學(xué)參數(shù)。熱阻為導(dǎo)熱介質(zhì)兩端的溫度差與通過(guò)其熱流功率的比值，由式( 1) 可得 LED 的熱阻的表達(dá)式為:Rth = ( TJ－TA ) /Pth，對(duì)功率型LED 而言，散熱通道由芯片、芯片與金屬管殼間的焊接層及金屬管殼3 層結(jié)構(gòu)組成，LED 總熱阻為3 個(gè)結(jié)構(gòu)層的熱阻之和。實(shí)驗(yàn)中采用電學(xué)法測(cè)試LED 的熱特性，即利用LED 電輸運(yùn)的溫度效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量工作電流下的正向電壓來(lái)確定結(jié)溫。在做熱學(xué)測(cè)試的溫控平臺(tái)上，將測(cè)試器件金屬管殼溫度的溫敏探頭緊貼于管殼下方，這樣測(cè)試得到的穩(wěn)態(tài)熱阻即為L(zhǎng)ED 的結(jié)-殼熱阻。

 
 
   圖5( a)  為不同老化階段樣品在30℃ 的恒溫平臺(tái)上測(cè)得的溫度瞬態(tài)響應(yīng)曲線。從圖中可以發(fā) 現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)時(shí)芯片相對(duì)于管殼的溫升已由老化前的 12 K 提高到了 22.4 K，說(shuō)明在老化過(guò)程中，器件 的散熱特性變差，結(jié)-殼熱阻提高。為了考察 LED 散熱通道上各結(jié)構(gòu)層的熱阻變化，可以借助貝葉 斯反卷積及 Foster-cauer 熱學(xué)網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換等數(shù) 學(xué)處理，得到與瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)的微分式 結(jié)構(gòu)函數(shù)，如圖 5 ( b) 所示?？紤]到 LED 內(nèi)部 不同材料的熱阻和熱容的不同，LED 器件的微分 式結(jié)構(gòu)函數(shù)表示為:
   ( 4)其中c為比熱容，λ為熱導(dǎo)率，A為傳熱途徑上的橫截面積。圖中曲線變化的位置表示熱流經(jīng)過(guò)兩種不同材料的界面時(shí)由于兩種材料的橫截面尺寸、熱容和熱導(dǎo)率不同而產(chǎn)生的變化，因此利用拐點(diǎn)可以判斷出不同材料的位置。各結(jié)構(gòu)層熱阻的大小在圖 5( b) 中標(biāo)出，即曲線中的峰值代表熱流在傳播路徑上碰到了不同材料的分界面。從圖中可以讀出芯片、焊料和管殼的熱阻已由 1.5，1.6，8. K /W 分別提高到 6.2，3.2，13 K /W。   
高溫下器件熱阻增大的主要原因有兩點(diǎn): 一是各層材料自身的老化; 二是芯片、焊接層和封裝材料之間由于不同的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致它們的界面處出現(xiàn)局部斷層或空洞。通過(guò)超聲波掃描顯微鏡( C-SAM) 對(duì)樣品老化前后的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)連接藍(lán)光芯片和金屬管座的銀漿焊接層出現(xiàn)了大面積的空洞如圖 6 所示，這必然會(huì)導(dǎo)致焊接層熱阻的增大。
 

    工作中 LED 熱阻增大，會(huì)造成藍(lán)光芯片的峰值波長(zhǎng)漂移，使熒光粉轉(zhuǎn)換效率降低。同時(shí)，高溫導(dǎo)致的環(huán)氧樹(shù)脂的黃化也會(huì)對(duì)出光效率產(chǎn)生重要影響。所以，選擇導(dǎo)熱性好以及熱特性穩(wěn)定的封裝材料是保證 LED可靠性的關(guān)鍵。
    對(duì) GaN 基大功率白光 LED的老化特性進(jìn)行了研究。對(duì)樣品在 350 mA 的工作電流，85℃ 的恒溫平臺(tái)上進(jìn)行了高溫老化，階段性測(cè)量樣品的光通量、I-V 特性及熱特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品的光通量先有所上升，最終退化幅度為 28%～33%。 I-V 特性的變化表明，老化后器件的串聯(lián)電阻增大，芯片的缺陷密度提高。前者造成了器件輸入功率的熱耗散比率提高，后者會(huì)增加器件的有源區(qū)非輻射復(fù)合，兩者都會(huì)引起光輸出的衰減。分析器件的熱特性變化可知，散熱通道上各結(jié)構(gòu)層熱阻都不斷增加，芯片結(jié)溫提高，導(dǎo)致熒光粉轉(zhuǎn)換效率下降，使環(huán)氧樹(shù)脂黃化速度加快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高溫老化過(guò)程中芯片和封裝材料的退化共同導(dǎo)致了 LED的緩變失效。http://m.zhdtlyjq.com