LED器件的失效模式主要包括電失效(如短路或斷路)、光失效(如高溫導(dǎo)致的灌封膠黃化、光學(xué)性能劣化等)和機(jī)械失效(如引線斷裂,脫焊等),而這些因素都與封裝結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。
LED的使用壽命以平均失效時(shí)間(MTTF)來定義,對于照明用途,一般指LED的輸出光通量衰減為初始的70%(對顯示用途一般定義為初始值的50%)的使用時(shí)間。由于LED壽命長,通常采取加速環(huán)境試驗(yàn)的方法進(jìn)行可靠性測試與評估。
測試內(nèi)容主要包括高溫儲存(100℃,1000h)、低溫儲存(-55℃,1000h)、高溫高濕(85℃/85%,1000h)、高低溫循環(huán)(85℃~-55℃)、熱沖擊、耐腐蝕性、抗溶性、機(jī)械沖擊等。
然而,加速環(huán)境試驗(yàn)只是問題的一個方面,對LED壽命的預(yù)測機(jī)理和方法的研究仍是有待研究的難題。
固態(tài)照明對大功率LED封裝的要求
與傳統(tǒng)照明燈具相比,LED燈具不需要使用濾光鏡或?yàn)V光片來產(chǎn)生有色光,不僅效率高、光色純,而且可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)或漸變的色彩變化。在改變色溫的同時(shí)保持具有高的顯色指數(shù),滿足不同的應(yīng)用需要。但對其封裝也提出了新的要求,具體體現(xiàn)在:
(一)、模塊化
通過多個LED燈(或模塊)的相互連接可實(shí)現(xiàn)良好的流明輸出疊加,滿足高亮度照明的要求。通過模塊化技術(shù),可以將多個點(diǎn)光源或LED模塊按照隨意形狀進(jìn)行組合,滿足不同領(lǐng)域的照明要求。
(二)、系統(tǒng)效率最大化
為提高LED燈具的出光效率,除了需要合適的LED電源外,還必須采用高效的散熱結(jié)構(gòu)和工藝,以及優(yōu)化內(nèi)/外光學(xué)設(shè)計(jì),以提高整個系統(tǒng)效率。
(三)、低成本
LED燈具要走向市場,必須在成本上具備競爭優(yōu)勢(主要指初期安裝成本),而封裝在整個LED燈具生產(chǎn)成本中占了很大部分,因此,采用新型封裝結(jié)構(gòu)和技術(shù),提高光效/成本比,是實(shí)現(xiàn)LED燈具商品化的關(guān)鍵。
(四)、易于替換和維護(hù)
由于LED光源壽命長,維護(hù)成本低,因此對LED燈具的封裝可靠性提出了較高的要求。要求LED燈具設(shè)計(jì)易于改進(jìn)以適應(yīng)未來效率更高的LED芯片封裝要求,并且要求LED芯片的互換性要好,以便于燈具廠商自己選擇采用何種芯片。
LED燈具光源可由多個分布式點(diǎn)光源組成,由于芯片尺寸小,從而使封裝出的燈具重量輕,結(jié)構(gòu)精巧,并可滿足各種形狀和不同集成度的需求。唯一的不足在于沒有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),但同時(shí)給設(shè)計(jì)提供了充分的想象空間。
LED照明控制的首要目標(biāo)是供電。由于一般市電電源是高壓交流電(220V,AC),而LED需要恒流或限流電源,因此必須使用轉(zhuǎn)換電路或嵌入式控制電路(ASICs),以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的校準(zhǔn)和閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。
通過數(shù)字照明控制技術(shù),對固態(tài)光源的使用和控制主要依靠智能控制和管理軟件來實(shí)現(xiàn),從而在用戶、信息與光源間建立了新的關(guān)聯(lián),并且可以充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者和消費(fèi)者的想象力。
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