11月15日-17日，一年一度的行業(yè)盛會(huì)--第十三屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA 2016）在北京國(guó)際會(huì)議中心召開(kāi)。SSLCHINA的經(jīng)典分會(huì)--“可靠性與熱管理技術(shù)”，武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院院長(zhǎng)、教授劉勝與飛利浦首席可靠性工程師陶國(guó)橋共同擔(dān)任分會(huì)主席并擔(dān)任嘉賓主持人。

 

　　攜手來(lái)自桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長(zhǎng)、教授楊道國(guó)，德國(guó)英戈?duì)柺┧貞?yīng)用技術(shù)大學(xué)Alexander Hanss，華中科技大學(xué)教授羅小兵，美國(guó)科銳公司應(yīng)用工程經(jīng)理Ralph C. Tuttle，長(zhǎng)庚大學(xué)電子工程學(xué)系教授陳始明，長(zhǎng)春希達(dá)電子技術(shù)有限公司副總經(jīng)理汪洋，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院樊嘉杰，天津工業(yè)大學(xué)博士寧平凡等國(guó)內(nèi)外企研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)代表等重量級(jí)專家，多角度共同論道可靠性與熱管理技術(shù)的發(fā)展。

 

　　其中，來(lái)自美國(guó)科銳公司的應(yīng)用工程經(jīng)理Ralph C. Tuttle介紹了COB LED的可靠性，并回顧C(jī)OB LED的制造方式、COB LED的固有可靠性挑戰(zhàn)、COB LED裝配的關(guān)鍵點(diǎn)和使用COB LEDs過(guò)程中需要避免常見(jiàn)錯(cuò)誤的建議。

 

　　他表示，在照明行業(yè)中使用板上芯片（COB）LED顯著增加。設(shè)備制造商不需要投資昂貴的SMT加工設(shè)備就可以組裝照明產(chǎn)品，而SMT是傳統(tǒng)的分立式LED封裝所需要的。然而，盡管它們明顯易于使用，COB LED與分立LED相比，實(shí)際上對(duì)組裝方法的變化、熱管理技術(shù)和材料選擇更加敏感。即使在看似相對(duì)良好的條件下操作COB LED，如果不仔細(xì)考慮上述問(wèn)題，產(chǎn)品的可靠性將受到明顯影響。

 

　　LED與傳統(tǒng)的光源相比有許多優(yōu)勢(shì)，如照明效率高、節(jié)能、壽命長(zhǎng)，因此越來(lái)越引起人們的關(guān)注。桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長(zhǎng)、教授楊道國(guó)表示，在目前的產(chǎn)品中，70%以上的輸入點(diǎn)能量轉(zhuǎn)換成了熱能。由于接合溫度高，LED產(chǎn)品存在許多問(wèn)題，比如量子效率低，光譜移位，色移，甚至壽命縮短。LED產(chǎn)品的熱可靠性也令人擔(dān)憂。在過(guò)去的十年間，盡管對(duì)LED的封裝和模塊進(jìn)行了很多研究，但是測(cè)量和預(yù)測(cè)系統(tǒng)級(jí)的LED燈的壽命仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨后，楊道國(guó)教授還介紹了LED燈具壽命預(yù)測(cè)的快速評(píng)價(jià)方法，提出了基于子系統(tǒng)隔離法的LED燈的分級(jí)加載壓力加速測(cè)試，包括減低壓力加速衰變測(cè)試和增加壓力加速衰變測(cè)試。

 

　　LED的可靠性取決于結(jié)溫，進(jìn)而取決于LED模塊的熱阻。來(lái)自德國(guó)英戈?duì)柺┧貞?yīng)用技術(shù)大學(xué)的Alexander Hanss教授對(duì)LED瞬態(tài)熱阻測(cè)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹。他表示，用于測(cè)量LED封裝的實(shí)際熱阻的通用標(biāo)準(zhǔn)是JESD51-51，它基于MIL-STD-750D方法3101.3中描述的二極管的熱阻抗測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以及在JESD51-14標(biāo)準(zhǔn)中的瞬態(tài)測(cè)量。瞬態(tài)測(cè)量基于半導(dǎo)體器件的正向電壓的溫度的依賴性。LED的熱阻測(cè)量需要大量工作且容易出錯(cuò)，為了克服當(dāng)前的情況，我們定義了執(zhí)行瞬態(tài)熱阻測(cè)量的工作流程，并建立了熱循環(huán)。在本文中，首先解釋了瞬態(tài)熱阻測(cè)量中的典型誤差。基于所討論的誤差和JESD51-51 / 14a的瞬態(tài)熱電阻測(cè)量的實(shí)際工作流程定義了熱循環(huán)過(guò)程。循環(huán)的第一個(gè)結(jié)果是在中國(guó)（中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）和德國(guó)（因戈?duì)柺┧丶夹g(shù)大學(xué)）實(shí)驗(yàn)室獲得的測(cè)量結(jié)果。按計(jì)劃，將有更多的LED制造商，模塊裝配商和可靠性研究所的更多實(shí)驗(yàn)室加入，促進(jìn)實(shí)際工作流程的推廣，保證的瞬態(tài)熱電阻測(cè)量的質(zhì)量。

 

　　華中科技大學(xué)教授羅小兵表示，在LED熒光粉加熱、建模與實(shí)驗(yàn)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，LED領(lǐng)域通常關(guān)心芯片的熱和熱管理。由于光致發(fā)熱量很小，熒光粉的熱量通常被忽視。在這個(gè)報(bào)告中，我們將介紹熒光粉發(fā)熱導(dǎo)致高溫現(xiàn)象，然后我們提出耦合的光熱模型，通過(guò)非接觸實(shí)驗(yàn)我們測(cè)量了芯片表面溫度。通過(guò)上述工作，我們希望開(kāi)發(fā)一些新的工藝來(lái)解決熒光粉散熱和光衰現(xiàn)象。

 

　　高功率LED以其多種優(yōu)勢(shì)，正在取代傳統(tǒng)照明光源。然而，由于缺乏對(duì)其失效機(jī)制和相關(guān)可靠性問(wèn)題的研究，它的可靠性仍然引起人們的擔(dān)心，尤其對(duì)于戶外應(yīng)用。長(zhǎng)庚大學(xué)電子工程學(xué)系教授陳始明還在“高功率LED在戶外應(yīng)用中的退化物理研究綜述”報(bào)告中，對(duì)不同濕度和高溫下高功率LED進(jìn)行研究。高功率LED的失效機(jī)制隨著濕度的變化而變化，在器件的壽命周期的不同時(shí)段中也會(huì)產(chǎn)生變化，這就導(dǎo)致了目前的壽命預(yù)測(cè)模型不再適用于高功率LED。

 

　　長(zhǎng)春希達(dá)電子技術(shù)有限公司副總經(jīng)理汪洋在高功率密度大瓦數(shù)LED照明關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用報(bào)告中指出，針對(duì)目前傳統(tǒng)大功率照明產(chǎn)品能耗大，壽命短等問(wèn)題，介紹LED照明替換傳統(tǒng)大功率產(chǎn)品的熱學(xué)、電學(xué)、配光和整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大功能LED照明高光效、小體積、輕量化，使大功率LED照明產(chǎn)品替換傳統(tǒng)大功率照明產(chǎn)品成為可能，推動(dòng)LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

　　高功率LED以其多種優(yōu)勢(shì)，正在取代傳統(tǒng)照明光源。長(zhǎng)庚大學(xué)電子工程學(xué)系教授陳始明分享了“高功率LED在戶外應(yīng)用中的退化物理研究綜述”研究報(bào)告時(shí)指出，由于缺乏對(duì)其失效機(jī)制和相關(guān)可靠性問(wèn)題的研究，它的可靠性仍然引起人們的擔(dān)心，尤其對(duì)于戶外應(yīng)用。本文綜述了不同濕度和高溫下高功率LED的研究。高功率LED的失效機(jī)制隨著濕度的變化而變化，在器件的壽命周期的不同時(shí)段中也會(huì)產(chǎn)生變化，這就導(dǎo)致了目前的壽命預(yù)測(cè)模型不再適用于高功率LED。

 

　　緊接著，來(lái)自河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院樊嘉杰介紹了“HEMT封裝上金錫共熔晶粒黏貼的可靠性優(yōu)化”研究報(bào)告。他表示，典型的基于SiC和GaN的寬禁帶半導(dǎo)體用于制造功率半導(dǎo)體器件引起了廣泛關(guān)注，由于它與常規(guī)的硅基器件相比，熱導(dǎo)率高，擊穿場(chǎng)強(qiáng)高，操作溫度高，功率損耗低。一些功率器件的操作溫度超過(guò)200℃，對(duì)于芯片鍵合層的可靠性來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致各種分層和差的熱界面。金-錫共熔焊接合金熔點(diǎn)高，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高，高溫穩(wěn)定性好，可濕性極好，焊點(diǎn)強(qiáng)度高，無(wú)焊料焊接實(shí)用性強(qiáng)，是最有潛力的芯片鍵合材料。然而，關(guān)于功率半導(dǎo)體器件的芯片和襯底材料的疲勞損壞的聯(lián)合效應(yīng)的信息很少。因此，為優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，芯片和襯底材料合并的芯片鍵合層的可靠性很有研究?jī)r(jià)值。

 

　　每個(gè)溫度周期中積累的金-錫共熔焊接合金鍵合層在不同HEMT封裝中采用不同芯片和襯底條件下的疲勞損傷。每個(gè)周期的疲勞損傷的特點(diǎn)為來(lái)源于FEA的粘塑層能量積累。芯片和襯底材料以及它們之間的相互作用對(duì)疲勞損傷積累的影響。對(duì)于CaN芯片，為保持與Si芯片Cu襯底系統(tǒng)接近的壽命，應(yīng)采用薄的有彈性的襯底。結(jié)果還表明，增加芯片鍵合層的焊點(diǎn)高度可以有效避免AuSn層中的裂紋萌生，尤其對(duì)于GaN系統(tǒng)。最終，對(duì)于具體的封裝給出了選擇合適材料的指導(dǎo)方針。

 

　　最后，來(lái)自天津工業(yè)大學(xué)博士寧平凡分享了Mn2+摻雜CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)的光致發(fā)光和熱穩(wěn)定性研究報(bào)告。量子點(diǎn)具有高量子效率，寬吸收，飽和色高，并且顏色易于調(diào)諧，是一種極好的替代熒光粉的材料。然而，由于由于量子點(diǎn)不可避免的電流感應(yīng)的焦耳熱量，成本難以降低，到目前為止，它還不能成為理想的熱可靠性好的標(biāo)準(zhǔn)LED芯片。

 

　　研究表明，采用薄的CdS/ZnS外殼堵塞非激發(fā)混合物的中心，可以實(shí)現(xiàn)高熒光量子效率和增強(qiáng)熱穩(wěn)定性的量子點(diǎn)。Mn摻雜量子點(diǎn)激發(fā)的熱穩(wěn)定性在很大程度上依賴于外殼厚度和主帶隙，比非摻雜的量子點(diǎn)高很多。而且，還提出了Mn2+摻雜CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)激發(fā)的熱淬火機(jī)制。