基于集成传感的LED在线测量及可靠性研究

发布时间：2017-05-14 09:14

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【摘要】：作为新一代固态照明光源,LED有着比传统光源的明显优势,例如尺寸小响应速度快、能效高、寿命长、节能等特点,使它能够普遍应用于交通指示灯、室内照明、背光灯和显示等场合。在实际工作应用中,结温和亮度的实时在线准确测量都显得越来越重要,特别是在LED可靠性分析和智能照明上。实时在线的结温和亮度测量有利于更准确的理解多阶段失效现象和复杂失效机制；可以有效的预防结温过高,远程监控LED的工作状态,使其更加智能化；还可以自动收集现场可靠性数据,有利于LED寿命预测。然而现有的结温测量方法中很少能满足实时在线准确的测量要求,亮度的测量也是主要依赖于外围设备。基于结温和亮度在线测量的重要性和在线测量方法缺乏的现状,本论文提出了一种新型的集成传感LED结构,实现了LED结温和亮度的实时在线测量。这种集成传感芯片包含两个相互电独立的结构单元：发光单元和传感单元。两个独立单元的外延结构和工艺流程完全一致,且传感单元的面积要远小于发光单元,因此传感单元的附加成本小。本论文的主要工作内容和成果如下：1.利用传感单元的正向电压表征结温,利用传感单元在零偏下的光电流表征亮度。从理论分析和实验结果都验证了传感单元正向电压与LED结温具有良好的线性相关。光电流随着光功率的增大而增大；随着结温的增加而增加,这主要由于电流注入和结温引起的光电探测器的量子效率增加。LED光功率可用与传感单元的光电流、结温关系的二次函数经验公式表示,实现了亮度在线测量。经过标定后,在线测量具有很高的准确度,实验中样品测量偏差小于2 mW。进一步发现同批次样品可以使用同一个亮度在线测量经验公式,只需改变亮度系数即可,这大大减少了标定测试的工作量,敷该方法有潜力应用于批量生产。2. 分别采用发光单元和传感单元的正向电压表征结温,通过比较两种方法测量LED的降温过程,结果发现两个单元间的温度测量值偏差很小,范围在0.1℃以内,这表明利用传感单元可以精确测量LED的结温。同时分析了传感单元吸收光的来源,实验样品中集成传感LED传感单元用以转化成光电流吸收的光大约88%来自蓝宝石衬底的多次反射,12%来自封装材料的反射。此外光照对传感单元电压影响较小,因此对结温测量影响也较小。3.利用集成传感LED初步研究了电流与温度双应力加速老化下的寿命推算。集成传感LED不同加速条件下的光衰规律都是呈近似指数型下降。而结温则表现不同的趋势,高电流下结温随老化时间逐渐增加,较低电流下基本保持稳定。这主要由于大电流加速条件下结温过高导致LED器件的串联电阻和正向电压增加,光电转换效率下降,更多地电能转化成热量,促使结温上升。集成传感LED传感单元的温度电压关系在老化过程中具有良好的稳定性,保证了传感单元在线测量结温的准确性。利用集成传感LED实时测量的亮度和结温数据,结合电流和温度的双应力加速寿命模型,推算出所测样品正常工作条件下的寿命约为35841小时,初步实现了快速寿命预测。
【关键词】：发光二极管 集成传感 结温 亮度 光电流 在线测量 加速寿命试验
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 GaN基发光二极管简介11-14
• 1.1.1 发光二极管的发光原理11
• 1.1.2 GaN基LED的结构与封装11-14
• 1.2 GaN基LED可靠性研究的发展现状14-23
• 1.2.1 GaN基LED的失效机理研究14-16
• 1.2.2 LED结温测量研究16-21
• 1.2.3 可靠性研究面临的问题与挑战21-23
• 1.3 本论文的研究意义和主要内容23-25
• 第二章 集成传感LED的结构与原理25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 结构设计与工艺25-28
• 2.3 结温亮度测量的理论推导28-32
• 2.3.1 正向电压法28-30
• 2.3.2 光电流与亮度的关系推导30-31
• 2.3.3 光电流与结温的关系推导31-32
• 2.4 本章小节32-33
• 第三章 基于集成传感的LED结温和亮度测量与验证33-52
• 3.1 引言33
• 3.2 实验设计与准备33-38
• 3.2.1 测试仪器与使用33-36
• 3.2.2 正向电压与结温关系标定36-37
• 3.2.3 光电流与光功率、结温关系标定37-38
• 3.3 结果分析与讨论38-44
• 3.3.1 系数K标定及结温测量38-39
• 3.3.2 光电流与光功率测量39-43
• 3.3.3 光功率公式拟合43-44
• 3.4 准确性验证与分析44-51
• 3.4.1 在线光功率测量45-46
• 3.4.2 传感单元与发光单元间温度偏差46-48
• 3.4.3 传感单元的吸收光来源48-49
• 3.4.4 光照对传感单元电压的影响49-51
• 3.5 本章小节51-52
• 第四章 加速老化试验的在线测量52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 老化试验的类型与加速模型52-56
• 4.2.1 类型52-54
• 4.2.2 加速寿命模型54-56
• 4.3 老化试验设计56-57
• 4.4 实验结果与分析57-65
• 4.4.1 老化初期焊锡膏的影响57-60
• 4.4.2 传感单元的稳定性60-61
• 4.4.3 老化结果61-63
• 4.4.4 寿命预测63-65
• 4.5 本章小节65-66
• 第五章 总结与展望66-69
• 5.1 论文总结66-67
• 5.2 工作展望67-69
• 参考文献69-74
• 发表论文目录74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭春生;张燕峰;万宁;李睿;朱慧;冯士维;;基于反应动力学的GaN LED参数退化模型的研究[J];物理学报;2013年21期

2 蔡玲芳;;半导体器件寿命计算[J];杭州电子科技大学学报;2012年05期

3 黄远鹏;陈德为;谢延兴;;大功率白光LED加速寿命试验方法与可靠性评估[J];现代建筑电气;2012年02期

4 王水生;阮友亮;董小鹏;;绿色照明产品ALT方法的研究[J];电子质量;2012年02期

5 秦俊虎;刘宝权;古列东;吕金梅;;焊锡膏黏度的影响因素研究[J];电子元件与材料;2011年07期

6 毛德丰;郭伟玲;高国;沈光地;;功率LED热特性分析[J];照明工程学报;2009年02期

7 刘立明;郑晓东;;LED结温与光谱特性关系的测量[J];光子学报;2009年05期

8 朱桂兵;;黏度——决定焊膏印刷质量的关键因素[J];丝网印刷;2009年03期

9 张万路;李文宜;陈郁阳;刘木清;;用大电流测量功率型白光LED结温的方法研究[J];照明工程学报;2008年04期

10 陈明祥;罗小兵;马泽涛;刘胜;;大功率白光LED封装设计与研究进展[J];半导体光电;2006年06期

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1 陈全;大功率LED结温测试及其在封装热管理中的应用研究[D];华中科技大学;2012年

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本文编号：364766