11月15日-17日，一年一度的行業盛會--第十三屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2016）在北京國際會議中心召開。SSLCHINA的經典分會--“可靠性與熱管理技術”，武漢大學動力與機械學院院長、教授劉勝與飛利浦首席可靠性工程師陶國橋共同擔任分會主席并擔任嘉賓主持人。

 

　　攜手來自桂林電子科技大學機電工程學院院長、教授楊道國，德國英戈爾施塔特應用技術大學Alexander Hanss，華中科技大學教授羅小兵，美國科銳公司應用工程經理Ralph C. Tuttle，長庚大學電子工程學系教授陳始明，長春希達電子技術有限公司副總經理汪洋，河海大學機電工程學院樊嘉杰，天津工業大學博士寧平凡等國內外企研究機構、企業代表等重量級專家，多角度共同論道可靠性與熱管理技術的發展。

 

　　其中，來自美國科銳公司的應用工程經理Ralph C. Tuttle介紹了COB LED的可靠性，并回顧COB LED的制造方式、COB LED的固有可靠性挑戰、COB LED裝配的關鍵點和使用COB LEDs過程中需要避免常見錯誤的建議。

 

　　他表示，在照明行業中使用板上芯片（COB）LED顯著增加。設備制造商不需要投資昂貴的SMT加工設備就可以組裝照明產品，而SMT是傳統的分立式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，實際上對組裝方法的變化、熱管理技術和材料選擇更加敏感。即使在看似相對良好的條件下操作COB LED，如果不仔細考慮上述問題，產品的可靠性將受到明顯影響。

 

　　LED與傳統的光源相比有許多優勢，如照明效率高、節能、壽命長，因此越來越引起人們的關注。桂林電子科技大學機電工程學院院長、教授楊道國表示，在目前的產品中，70%以上的輸入點能量轉換成了熱能。由于接合溫度高，LED產品存在許多問題，比如量子效率低，光譜移位，色移，甚至壽命縮短。LED產品的熱可靠性也令人擔憂。在過去的十年間，盡管對LED的封裝和模塊進行了很多研究，但是測量和預測系統級的LED燈的壽命仍然是一個挑戰。隨后，楊道國教授還介紹了LED燈具壽命預測的快速評價方法，提出了基于子系統隔離法的LED燈的分級加載壓力加速測試，包括減低壓力加速衰變測試和增加壓力加速衰變測試。

 

　　LED的可靠性取決于結溫，進而取決于LED模塊的熱阻。來自德國英戈爾施塔特應用技術大學的Alexander Hanss教授對LED瞬態熱阻測量的國際標準進行了介紹。他表示，用于測量LED封裝的實際熱阻的通用標準是JESD51-51，它基于MIL-STD-750D方法3101.3中描述的二極管的熱阻抗測量標準以及在JESD51-14標準中的瞬態測量。瞬態測量基于半導體器件的正向電壓的溫度的依賴性。LED的熱阻測量需要大量工作且容易出錯，為了克服當前的情況，我們定義了執行瞬態熱阻測量的工作流程，并建立了熱循環。在本文中，首先解釋了瞬態熱阻測量中的典型誤差。基于所討論的誤差和JESD51-51 / 14a的瞬態熱電阻測量的實際工作流程定義了熱循環過程。循環的第一個結果是在中國（中國科學院半導體研究所）和德國（因戈爾施塔特技術大學）實驗室獲得的測量結果。按計劃，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驗室加入，促進實際工作流程的推廣，保證的瞬態熱電阻測量的質量。

 

　　華中科技大學教授羅小兵表示，在LED熒光粉加熱、建模與實驗測試中發現，LED領域通常關心芯片的熱和熱管理。由于光致發熱量很小，熒光粉的熱量通常被忽視。在這個報告中，我們將介紹熒光粉發熱導致高溫現象，然后我們提出耦合的光熱模型，通過非接觸實驗我們測量了芯片表面溫度。通過上述工作，我們希望開發一些新的工藝來解決熒光粉散熱和光衰現象。

 

　　高功率LED以其多種優勢，正在取代傳統照明光源。然而，由于缺乏對其失效機制和相關可靠性問題的研究，它的可靠性仍然引起人們的擔心，尤其對于戶外應用。長庚大學電子工程學系教授陳始明還在“高功率LED在戶外應用中的退化物理研究綜述”報告中，對不同濕度和高溫下高功率LED進行研究。高功率LED的失效機制隨著濕度的變化而變化，在器件的壽命周期的不同時段中也會產生變化，這就導致了目前的壽命預測模型不再適用于高功率LED。

 

　　長春希達電子技術有限公司副總經理汪洋在高功率密度大瓦數LED照明關鍵技術及應用報告中指出，針對目前傳統大功率照明產品能耗大，壽命短等問題，介紹LED照明替換傳統大功率產品的熱學、電學、配光和整機優化設計等關鍵技術，實現大功能LED照明高光效、小體積、輕量化，使大功率LED照明產品替換傳統大功率照明產品成為可能，推動LED照明產業發展。

 

　　高功率LED以其多種優勢，正在取代傳統照明光源。長庚大學電子工程學系教授陳始明分享了“高功率LED在戶外應用中的退化物理研究綜述”研究報告時指出，由于缺乏對其失效機制和相關可靠性問題的研究，它的可靠性仍然引起人們的擔心，尤其對于戶外應用。本文綜述了不同濕度和高溫下高功率LED的研究。高功率LED的失效機制隨著濕度的變化而變化，在器件的壽命周期的不同時段中也會產生變化，這就導致了目前的壽命預測模型不再適用于高功率LED。

 

　　緊接著，來自河海大學機電工程學院樊嘉杰介紹了“HEMT封裝上金錫共熔晶粒黏貼的可靠性優化”研究報告。他表示，典型的基于SiC和GaN的寬禁帶半導體用于制造功率半導體器件引起了廣泛關注，由于它與常規的硅基器件相比，熱導率高，擊穿場強高，操作溫度高，功率損耗低。一些功率器件的操作溫度超過200℃，對于芯片鍵合層的可靠性來說是一個巨大的挑戰，導致各種分層和差的熱界面。金-錫共熔焊接合金熔點高，電導率和熱導率高，高溫穩定性好，可濕性極好，焊點強度高，無焊料焊接實用性強，是最有潛力的芯片鍵合材料。然而，關于功率半導體器件的芯片和襯底材料的疲勞損壞的聯合效應的信息很少。因此，為優化器件結構的設計，芯片和襯底材料合并的芯片鍵合層的可靠性很有研究價值。

 

　　每個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。每個周期的疲勞損傷的特點為來源于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疲勞損傷積累的影響。對于CaN芯片，為保持與Si芯片Cu襯底系統接近的壽命，應采用薄的有彈性的襯底。結果還表明，增加芯片鍵合層的焊點高度可以有效避免AuSn層中的裂紋萌生，尤其對于GaN系統。最終，對于具體的封裝給出了選擇合適材料的指導方針。

 

　　最后，來自天津工業大學博士寧平凡分享了Mn2+摻雜CdSe/CdS/ZnS量子點的光致發光和熱穩定性研究報告。量子點具有高量子效率，寬吸收，飽和色高，并且顏色易于調諧，是一種極好的替代熒光粉的材料。然而，由于由于量子點不可避免的電流感應的焦耳熱量，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準LED芯片。

 

　　研究表明，采用薄的CdS/ZnS外殼堵塞非激發混合物的中心，可以實現高熒光量子效率和增強熱穩定性的量子點。Mn摻雜量子點激發的熱穩定性在很大程度上依賴于外殼厚度和主帶隙，比非摻雜的量子點高很多。而且，還提出了Mn2+摻雜CdSe/CdS/ZnS量子點激發的熱淬火機制。