大功率led芯片抗過電應力能力研究

1、大功率大功率LEDLED芯片抗過電應力能力研究芯片抗過電應力能力研究0推薦2013年中國照明論壇LED照明產品設計、應用與創(chuàng)新論壇于9月1516日在中山小欖盛大召開！《大功率LED芯片抗過電應力能力研究》是此次論壇《論文集》精彩內容，作者：萬歡張志海曾平洪蕓蕓1、引言LED作為一種新型的照明技術，具有耗能低、壽命長、體積小、可調光、控制靈活和環(huán)保等優(yōu)點，其應用前景舉世矚目。隨著LED價格的下降，市場逐漸打開，越來越多的照明產品使用LED

2、作為光源。特別是在道路照明領域，大功率LED產品成為市場的主角，LED在戶外照明領域大放異彩[2]。然而，隨著LED燈具應用的增加，戶外LED燈具受雷擊浪涌影響失效的數(shù)量也在增加。據(jù)調查，在正常使用年限內受損的LED戶外燈具大多是因為雷擊浪涌產生的過電應力失效了燈具電源及LED光源。這不僅影響燈具的使用壽命，而且增加企業(yè)的維護成本。鑒于此，LED戶外燈具的抗雷擊浪涌能力應引起足夠的重視。LED燈具的抗雷擊浪涌能力主要取決于兩方面：(1)

3、LED驅動電源的抗雷擊浪涌能力及保護機制。(2)LED芯片的抗過電應力能力。對于LED驅動電源，應該以兩點判斷其抗雷擊浪涌能力的好壞：(1)自身元器件的抗雷擊浪涌能力，保證電源在雷擊浪涌后依舊正常工作。(2)電源對浪涌電流電壓波形的衰減能力，保證浪涌經過電源后衰減的峰值電流電壓在LED芯片可承受的范圍內。天津大學張金建[3]等對LED驅動電源的抗雷擊浪涌進行研究，根據(jù)雷擊浪涌的特性，利用氣體放電管、壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管等浪涌器件設計

4、了一種適合LED電源的浪涌保護電路，并采用雷擊浪涌發(fā)生器進行抗擾度實驗以測試其抗雷擊性能。實驗結果表明，能夠抗擊差模1kV和共模2kV的雷擊高壓，保證LED電源正常工作。然而，LED驅動電源的抗雷擊浪涌要求是由LED芯片的抗過電應力能力決定的。因此，對LED芯片的抗過電應力能力的研究是十分必要的?；诖耍疚尼槍追N類型不同的大功率LED芯片進行雷擊浪涌實驗，以探討不同大功率LED芯片抗過電應力能力，為LED戶外燈具的驅動電源與LED芯

5、片的選擇，以及抗雷擊浪涌浪涌能力的設計研發(fā)提供參考，具有重要的實際意義。2、LED芯片抗過電應力能力的影響因素首先，LED芯片可承受的電流密度決定其抗過電應力能力，LED芯片能承受的單位橫截面積上的電流越大，其抗過電應力能力越強。對于常規(guī)電導體電流密度必須足夠低，以防止導體熔化或熔斷，或者絕緣材料被擊穿[4]。在大電流密度下LED芯片內部會發(fā)生電遷移現(xiàn)象。導電金屬材料在通過較高電流密度時，金屬原子會沿著電子運動方向進行遷移擴散。在LED

6、中電遷移使金屬原子從一個晶格自由擴散到另一個晶格空位上。以倒裝結構芯片為例，當電子流從互連引線流入共晶合金凸點時，由于互連引線到凸點的幾何形狀產生了突變，因此會在界面上產生電流密度聚集和局部焦耳熱效應[5]。電流密度聚集使得凸點和芯片及基板引線里的電流密度分布不均勻，導致電流密度聚集處局部產生了復雜的電遷移力，加速了電遷移的過程，同時加速了LED的失效。電流綜合波(如圖2所示)波前時間：T1=1.25T=8μs1.6μs，半峰值時間：T

7、2=20μs4μs。當使用LED整燈(包含燈珠和驅動電源)作為浪涌測試對象時，發(fā)現(xiàn)標準浪涌波形經過LED電源后其輸出浪涌電流是不確定的，由于不同生產廠家的驅動電源抗雷擊設計不同，造成電源輸出端即燈珠輸入端浪涌波形的形態(tài)及峰值電流大小不可控，增加了實驗過程中的不確定因素。為解決以上問題，本實驗使用直流供應器直接對單顆LED供電，將浪涌波形加在直流電路中。通過調節(jié)設備輸出的脈沖電壓峰值大小和與單顆LED相串聯(lián)的電阻阻值，來改變燈珠輸入端電流

8、脈沖峰值的大小。這樣就做到了浪涌波形的確定及脈沖峰值電流大小的可控。實驗時首先將燈珠在350mA工作電流下點亮，在串聯(lián)有電阻和LED燈珠的電路中施加以上脈沖波形。脈沖電壓由250V開始逐步增加，增加間隔為50V。每個電壓檔進行浪涌沖擊5次，每個波形間隔10s。如果測試完成后燈珠正常工作，就進入下一個電壓檔繼續(xù)測試。同時使用示波器觀察燈珠兩端的峰值電流波形，當燈珠失效擊穿時記錄其脈沖波形，確定其失效時脈沖峰值電流(為排除燈珠保護電極對實驗