(3) 熱過應(yīng)力失效

　　溫度一直是影響LED光學(xué)性質(zhì)的重要因素，而在研究LED失效模式的時(shí)候，國內(nèi)外學(xué)者考慮到將工作環(huán)境溫度作為加速應(yīng)力，來進(jìn)行LED加速壽命實(shí)驗(yàn)[8,9]。這是因?yàn)樵贚ED系統(tǒng)熱阻不變的前提下，封裝引腳焊接點(diǎn)的溫度升高，則結(jié)溫也會(huì)隨之升高，從而導(dǎo)致LED提前失效。

 
  
　　圖1高功率LED的模型結(jié)構(gòu)圖以及在工作環(huán)境溫度分別為(a)120℃、(b)100℃和(c)80℃下輻射功率和加速時(shí)間的關(guān)系圖

　　Hsu等人對(duì)不同廠商所提供的LED樣品進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)將LED樣品分別置于80、100、120℃下，使用3.2V電壓驅(qū)動(dòng)，并且規(guī)定當(dāng)樣品的光功率下降到起始值的50%時(shí)，即判定為失效。圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高功率LED的壽命隨著加速壽命實(shí)驗(yàn)溫度的升高以及加速時(shí)間的增加而減小。在加速壽命實(shí)驗(yàn)中，LED結(jié)溫升高會(huì)使得環(huán)氧樹脂材料發(fā)生異變，從而增加了系統(tǒng)的熱阻，使得芯片與封裝之間的受熱表面發(fā)生退化，最終導(dǎo)致封裝失效[9]。

　　(4) 電過應(yīng)力失效

　　LED若在過電流的情況下使用(EOS)或者靜電沖擊損傷(ESD)了芯片，都會(huì)造成芯片開路，形成電過應(yīng)力失效。例如，GaN是寬禁帶材料.電阻率較高。如果使用該類芯片，在生產(chǎn)過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失，當(dāng)其累積到相當(dāng)?shù)某潭葧r(shí)，可以產(chǎn)生很高的靜電電壓，這一電壓一旦超過材料的承受能力，就會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電，使得器件失效。

       二、改善措施

　　通過對(duì)以上所介紹的LED主要失效模式的分析，可以從中獲悉改善LED在實(shí)際使用壽命的技術(shù)方法。

　　(1) 散熱技術(shù)

　　散熱技術(shù)一直是影響LED應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，如果LED器件不能夠及時(shí)散熱，就會(huì)導(dǎo)致芯片的結(jié)溫嚴(yán)重升高，繼而發(fā)光效率急劇下降，可靠性(如壽命、色移等)將變壞;于此同時(shí)，高溫高熱將使LED封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，可能進(jìn)一步引發(fā)一系列的可靠性問題[5]。因此，在制造工藝上，可以選擇導(dǎo)熱性好的底座，并且使得LED的散熱面積盡可能的大，從而增加器件的散熱性能。

　　(2) 防靜電技術(shù)

　　在第2.4節(jié)中已經(jīng)提到，以GaN作為芯片的LED，在使用中存在的一個(gè)很大問題就是靜電效應(yīng)，如果不處理好這一問題，就會(huì)嚴(yán)重影響到器件的壽命。因此，在LED設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到防靜電的設(shè)計(jì)，以避免器件因?yàn)楦哽o電電壓造成擊穿等失效現(xiàn)象。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　(3) 封裝技術(shù)

　　封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，會(huì)因?yàn)楣庹找约皽厣鹌涔馔高^率的劣化，在使用中則表現(xiàn)為原本透明的環(huán)氧樹脂材料發(fā)生褐變，影響器件原本的光譜功率分布。因此，在進(jìn)行LED封裝的時(shí)候，我們要嚴(yán)格控制固化的溫度，避免在進(jìn)行封裝的時(shí)候，就已經(jīng)造成了環(huán)氧樹脂的提前老化。

　　另一方面，為了防止器件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，在選擇透明性好的封裝材料的同時(shí)，要注意注塑過程中，盡量排干凈材料內(nèi)部的氣泡，以減小水氣的殘留量，降低器件發(fā)生腐蝕的幾率。

　　(4) 優(yōu)化制造工藝

　　LED制造過程中需要合適的鍵合條件，若鍵合過大將會(huì)壓傷芯片，反之則會(huì)造成器件的鍵合強(qiáng)度不足，使得器件容易脫松。因此，在保證器件鍵合強(qiáng)度的同時(shí)，需要盡量降低鍵合工藝對(duì)芯片造成的損傷，以達(dá)到優(yōu)化鍵合工藝的目的。

　　在進(jìn)行芯片的粘接時(shí)，要求控制溫度和時(shí)間在合適的范圍之內(nèi)，使得焊料達(dá)到致密，無空洞，殘余應(yīng)力小等工藝要求。

　　(5) 合理篩選

　　在LED出廠前，可以增加一道篩選工藝，就是對(duì)其中的一些樣品進(jìn)行合理的老化和篩選試驗(yàn)，剔除一些可能發(fā)生提前失效的器件，以降低LED在實(shí)際使用中的提前失效現(xiàn)象。

　　結(jié)論

　　綜上所述，盡管LED具有很高的理論壽命，但是在實(shí)際使用過程中，受芯片、封裝、應(yīng)力等因素的影響，使用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所預(yù)期的理論值。為了確實(shí)提高LED的壽命，無論是在制造工藝上，還是在應(yīng)用層面上，都需要更進(jìn)一步的研究、探索和實(shí)踐。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，必定還會(huì)有新的問題不斷浮現(xiàn)。但是只要能夠掌握LED失效的根本原因，就能在實(shí)踐中確實(shí)改善LED器件的性能，將這種新型光源推廣到應(yīng)用領(lǐng)域的前端，更好地服務(wù)于生產(chǎn)和生活。