大功率发光二极管封装过程中可靠性分析与模拟

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要提高LED灯的发光效率,首先要提高LED芯片的功率,如今高亮度LED灯芯片功率已经超过1W,人们称之为大功率LED。随着大功率LED芯片的功率的一再提高,芯片的发热量也不断加大,对大功率LED的封装结构可靠性提出更苛刻的要求。结构中的各个组成部分:芯片、衬底、焊料、基底、热沉、导热胶、透光胶以及透镜等在封装工艺和工作过程中需要承受更为残酷的应力环境,而且不同材料之间界面机械性能较差,这都将有可能导致大功率LED封装过程中出现各种可靠性相关问题:如芯片发热量过大以致衬底散热性能不能满足要求;材料中气泡等缺陷的出现降低了光效和散热性能;湿气等外界侵蚀的影响越来越明显;材料间界面裂纹的产生与扩展等等。因此,针对大功率LED封装结构中若干典型的问题进行有数值模拟研究,并将数值模拟方法应用于解决实际问题,显得非常重要。
　　本文以大功率LED封装结构可靠性为研究对象,选取封装材料与芯片结构两大问题为分析实例,借助有限元软件进行数值模拟研究,通过数值模拟方法提出实际的解决方案。主要的研究内容和成果总结如下:
　　1)研究解决封装结构可靠性问题所需要的力学基础理论,建立热传导模型、热-应力模型、界面断裂模型、湿浓度传导模型及湿-膨胀应力模型等研究所需的数值模型。对于芯片级尺度跨度较大的情况,本文应用了“全局-局部”的模拟方法;
　　2)选取若干典型可靠性问题为应用实例,研究其数值模拟方法、失效机理和解决方案,研究内容具有一定的代表性,对于提高大功率LED封装结构的整体可靠性具有一定的参考价值;
　　3)针对各个问题作深入研究:LED封装结构缺陷的产生及其对散热性能与可靠性的研究、湿-膨胀应力对可靠性影响分析、芯片衬底转移激光剥离技术的机理及数值模拟研究,以及芯片结构优化分析。研究结果对于大功率LED封装结构整体可靠性的提高具有实际意义。

著录项

作者
李嘉;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科固体力学
授予学位硕士
导师姓名刘胜;
年度 2008
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类结构、器件;
关键词
大功率发光二极管; 封装结构; 可靠性分析; 有限元模拟;

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