中心議題：

• 探討高亮度LED的可靠性以及熱管理研究
• 介紹了一些新的可用於LED照明係統的散熱方法

解決方案：

• 利用壓電驅動而產生脈動空氣
• 采用主動散熱係統

LED照明有著許多傳統光源無可比擬的優點和廣闊的市場前景。但是目前可靠性差

、相關標準缺乏、價格昂貴等一係列問題困擾著LED照明產業的發展
，特別是高亮度LED照明係統中的熱管理問題。本文針對LED照明係統的可靠性、失效模態問題做了簡單介紹
，同時也介紹了一些新的可用於LED照明係統的散熱方法。

可靠性試驗以及失效模態

LED模組和燈具的典型失效模式包含了不同層次的失效模式，涉及到LED封裝結構以及工藝過程(如表1)。LED在實際使用中，由於複雜的環境以及封裝工藝局限性從而使封裝材料退化
、熒光粉退化、金屬電遷移、局部溫度過高產生的熱應力所引起的芯片和矽膠的分層或金線斷裂等等，從而影響LED發光甚至導致整個LED的失效。而且LED產生的高溫會導致芯片的發光效率降低，光衰加快
、色移等嚴重後果。 由於LED壽(shou)命(ming)長(chang)
，通(tong)常(chang)采(cai)取(qu)加(jia)速(su)環(huan)境(jing)試(shi)驗(yan)的(de)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)測(ce)試(shi)與(yu)評(ping)估(gu)。加(jia)速(su)度(du)測(ce)試(shi)將(jiang)會(hui)模(mo)仿(fang)燈(deng)具(ju)的(de)應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)或(huo)用(yong)戶(hu)要(yao)求(qiu)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)更(geng)有(you)效(xiao)地(di)研(yan)究(jiu)各(ge)種(zhong)破(po)壞(huai)機(ji)理(li)，提(ti)供(gong)大(da)量(liang)數(shu)據(ju)去(qu)研(yan)究(jiu)LED的結構
、材料、工藝從而更好完善LED產品。一些典型的加速可靠性試驗(如表2)。 然而，加速老化試驗隻是研究問題的一個方麵

，對LED壽命的預測機理和方法的研究仍是有待研究的難題。現在的LED技術麵臨著巨大的挑戰和機遇。企業的目標主要是保證產品長期的可靠性，例如，根據產品不同，LED應用的範圍壽命從7000小時到50000～100000小時不等。這對於一個電子企業是有相當挑戰性的，因為他們的電子產品現在隻有2-3年壽命。對於50000～100000小時的SSL係統(包括電源驅動)，有必要進行可靠性設計，以符合產品的高要求。

目前，如何通過加速老化試驗準確地預測LED產品的可靠性還是相當有挑戰性的。對於LED產(chan)品(pin)的(de)長(chang)期(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)，應(ying)當(dang)關(guan)注(zhu)如(ru)何(he)建(jian)立(li)用(yong)加(jia)速(su)試(shi)驗(yan)來(lai)反(fan)映(ying)產(chan)品(pin)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)。對(dui)於(yu)了(le)解(jie)和(he)預(yu)測(ce)宏(hong)觀(guan)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，可(ke)測(ce)性(xing)非(fei)常(chang)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)

，主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為(wei)可(ke)靠(kao)性(xing)是(shi)一(yi)個(ge)多(duo)學(xue)科(ke)的(de)問(wen)題(ti)，並(bing)且(qie)涉(she)及(ji)到(dao)材(cai)料(liao)
、設計、製造工藝、試驗和應用條件。因此，有必要開發LED燈和燈具的加速試驗以及戶外照明燈具性能測試試驗
，從而可以有效地研究關於LED的各種破壞機理。

據悉
，飛利浦公司目前致力於研究可靠性測試標準，從而深入了解LED以及電源驅動的失效機理。有理由相信，在不遠的將來將會有快速的、可靠的
、適合於長壽命的LED照明係統的可靠性測試實驗及標準。
[page]
LED照明係統的熱管理

高亮度LED的亮度會隨著芯片的結溫成指數遞減。因此，良好的散熱管理是LED固態照明係統向大功率發展的一個關鍵因素。LED固(gu)態(tai)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)的(de)散(san)熱(re)與(yu)微(wei)電(dian)子(zi)封(feng)裝(zhuang)的(de)散(san)熱(re)一(yi)樣(yang)
，器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)，首(shou)先(xian)由(you)導(dao)熱(re)經(jing)過(guo)多(duo)層(ceng)不(bu)同(tong)材(cai)料(liao)組(zu)成(cheng)的(de)封(feng)裝(zhuang)係(xi)統(tong)傳(chuan)導(dao)到(dao)熱(re)阱(jing)

，再(zai)由(you)對(dui)流(liu)傳(chuan)熱(re)散(san)到(dao)環(huan)境(jing)中(zhong)。LED的熱管理應該包括芯片優化的布局設計，封裝材料(基板材料，熱界麵材料)
、封裝工藝和熱井的設計等方麵。 仿真技術已經普遍應用於電子封裝
，如熱分別
、濕氣以及分層等。這些模擬可以提供參數以更好了解不同條件下的LED性能。圖1和圖2分(fen)別(bie)給(gei)出(chu)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)溫(wen)度(du)以(yi)及(ji)水(shui)分(fen)含(han)量(liang)分(fen)布(bu)圖(tu)。這(zhe)些(xie)模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)有(you)助(zhu)於(yu)預(yu)測(ce)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)或(huo)濕(shi)度(du)的(de)分(fen)布(bu)。根(gen)據(ju)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)，可(ke)以(yi)對(dui)產(chan)品(pin)的(de)材(cai)料(liao)和(he)結(jie)構(gou)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)從(cong)而(er)改(gai)善(shan)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)，在(zai)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)經(jing)濟(ji)合(he)理(li)的(de)範(fan)圍(wei)裏(li)搭(da)建(jian)試(shi)驗(yan)車(che)，大(da)大(da)縮(suo)短(duan)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)。 對於高亮度LED，cailiaojiemianrezushixinpiandaolengquexitongdepingjing。youyuchuantongderejiemiancailiaodedaorexishuxiangduijiaodi，xianzaichuxianlexinxingdegaoredaodejiyutannamiguanderejiemiancailiao。julejie
，heqitaderejiemiancailiaoxiangbi，tannamiguanrejiemiancailiaokeyigenghaodejiangdijiemianrezu。youhuahoudetannamiguanzhenlierezudizhi7mm2K/W。此外，據驗證了碳納米管熱界麵材料可以大大提高高亮度LED的光輸出功率。

除了熱界麵外
，主動散熱係統已越來越受企業的歡迎。圖3給出了SynJet主動散熱模塊，它可以產生脈動空氣
，從而可以把LED燈內部的熱直接帶到外麵。據了解，SynJet技術可以幫助設計師解決一些產品的散熱問題
，如電腦產品，特別是高可靠性的LED產品。該技術有高散熱效率、低噪音、高可靠性和低功耗等優點。 [page]
另一種主動冷卻係統是利用壓電驅動而產生脈動空氣

，如圖4所示。該結構簡單
，由一個PZT膜(mo)片(pian)和(he)流(liu)動(dong)通(tong)道(dao)構(gou)成(cheng)。該(gai)流(liu)動(dong)通(tong)道(dao)中(zhong)設(she)計(ji)者(zhe)重(zhong)點(dian)論(lun)述(shu)了(le)出(chu)口(kou)和(he)進(jin)口(kou)通(tong)道(dao)的(de)設(she)計(ji)。這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)允(yun)許(xu)每(mei)一(yi)個(ge)振(zhen)動(dong)周(zhou)期(qi)中(zhong)的(de)流(liu)體(ti)在(zai)管(guan)道(dao)中(zhong)的(de)阻(zu)力(li)和(he)動(dong)力(li)差(cha)別(bie)。 圖5顯示了一種固態風扇，這是Dan Schlitz和Vishal Singhal經過六年的不斷積累所發明的成果。他們曾經是美國普渡大學研究人員，現在就職於Thorrnweijishugongsi。gaiyanjiubiaomingtajuyouchaobofengshandegongnengdanmeiyourenheyundongbujian。qiyuanlishizaikongqizhongweidianjikaodehenjindeshihou，kongqibeidianli，youyuzhexielizideyundongerchanshengdongneng，congertuidongkongqichanshengchuifengxiaoguo。tamenhaitidao，xiwangjianglaigaijishuzaichengbenshangkeyijiejinchuantongdelengquexitong。 可以看到新的主動冷卻係統正在越來越引起LED研究者的關注，主要因為自然冷卻對於LED照明係統中已經遠遠不夠，並且產生許多相關的LED失效問題。

對於可靠性要求較高的LED照明係統，有必要發展快速的
、可靠的以及低成本的LED可靠性檢測方法。另一方麵，應不斷發展新的科技提高LED照明係統的質量
，包括工藝、材料以及仿真方法。

不斷發展可靠性測試方法，可以更好的模仿燈具的應用條件或用戶要求
，這樣可以更有效地研究各種破壞機理。