大功率白光LED的可靠性与热模拟
发光二极管（LED）是一种新型环保发光指示、照明材料，大功率LED是指功率大于1W的LED，由于体积小、功率大，散热压力大， LED芯片结温与其失效密切相关，且芯片功率超大化，导致目前大功率LED的散热越来越成为制约其发展的瓶颈问题。如何正确地分析其失效原因，从而寻找出应对提前失效的方法，进行有针对性的结构优化设计，对于推动大功率LED在照明领域内的进一步应用具有重要意义。
本文介绍了LED和断裂力学在实际中的应用，解释LED可靠性的基本理论和方法，考虑热导率与散热方式的影响，使用大型有限元软件ANSYS10.0模拟并分析了大功率LED热分布，通过分析不同封装、热沉材料及散热方式对LED热分布与最大散热能力的影响，指出解决LED散热问题的关键不是寻找高热导率的材料，而是改变LED的散热结构或者散热方式。再从断裂失效的基本原理出发，详细解释了在微观状态下晶格失配等微缺陷原因引起的失效，并进一步阐述了如何将该原理应用于本论文所研究的LED模型当中；紧接着解释了LED芯片的失效原因，指出其根本的原因来源于内部的原有微缺陷或裂纹的扩展。最后，通过对格里菲斯判据的介绍，引出对LED失效过程的断裂力学分析，通过对SiC芯片的数值计算，得出了结论。
前人的研究基本上都是通过对LED的电性能、光性能，以及失效芯片的微观分析来推断、阐述LED的运行或者寿命情况，只属于宏观认识，过于直观而不能从根本上对LED的失效机理作出微观意义上的解释。而本文通过对LED产品芯片部分采用断裂力学方法研究，通过数值计算，对于芯片可靠性筛选，从断裂力学的角度指出在选用新的筛选方法时要注意满足热力学性能，注意热匹配性，不能在可靠性筛选过程放过缺陷，甚至于引入新的缺陷。
断裂力学;发光二极管;优化设计;热导率;散热结构;热力学性能;失效机理
广东工业大学
硕士
物理电子学
吴福根
2009
中文
TN312.8
52
2009-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）