LED照明有著許多傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的市場前景,。但是目前可靠性差,、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏,、價(jià)格昂貴等一系列問題困擾著LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是高亮度LED照明系統(tǒng)中的熱管理問題,。本文針對LED照明系統(tǒng)的可靠性,、失效模態(tài)問題做了簡單介紹，同時(shí)也介紹了一些新的可用于LED照明系統(tǒng)的散熱方法,。

　　可靠性試驗(yàn)以及失效模態(tài)

　　LED模組和燈具的典型失效模式包含了不同層次的失效模式,，涉及到LED封裝結(jié)構(gòu)以及工藝過程(如表1)。LED在實(shí)際使用中,，由于復(fù)雜的環(huán)境以及封裝工藝局限性從而使封裝材料退化,、熒光粉退化、金屬電遷移,、局部溫度過高產(chǎn)生的熱應(yīng)力所引起的芯片和硅膠的分層或金線斷裂等等,，從而影響LED發(fā)光甚至導(dǎo)致整個(gè)LED的失效。而且LED產(chǎn)生的高溫會導(dǎo)致芯片的發(fā)光效率降低,，光衰加快,、色移等嚴(yán)重后果,。

　　由于LED壽命長，通常采取加速環(huán)境試驗(yàn)的方法進(jìn)行可靠性測試與評估,。加速度測試將會模仿燈具的應(yīng)用條件或用戶要求,，這樣可以更有效地研究各種破壞機(jī)理，提供大量數(shù)據(jù)去研究LED的結(jié)構(gòu),、材料,、工藝從而更好完善LED產(chǎn)品。一些典型的加速可靠性試驗(yàn)(如表2),。

　　然而,，加速老化試驗(yàn)只是研究問題的一個(gè)方面，對LED壽命的預(yù)測機(jī)理和方法的研究仍是有待研究的難題?，F(xiàn)在的LED技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,。企業(yè)的目標(biāo)主要是保證產(chǎn)品長期的可靠性，例如,，根據(jù)產(chǎn)品不同，LED應(yīng)用的范圍壽命從7000小時(shí)到50000～100000小時(shí)不等,。這對于一個(gè)電子企業(yè)是有相當(dāng)挑戰(zhàn)性的,，因?yàn)樗麄兊碾娮赢a(chǎn)品現(xiàn)在只有2-3年壽命。對于50000～100000小時(shí)的SSL系統(tǒng)(包括電源驅(qū)動(dòng)),，有必要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì),，以符合產(chǎn)品的高要求。

　　目前,，如何通過加速老化試驗(yàn)準(zhǔn)確地預(yù)測LED產(chǎn)品的可靠性還是相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的,。對于LED產(chǎn)品的長期可靠性，應(yīng)當(dāng)關(guān)注如何建立用加速試驗(yàn)來反映產(chǎn)品中出現(xiàn)的問題,。對于了解和預(yù)測宏觀系統(tǒng)的可靠性,，可測性非常具有挑戰(zhàn)性，主要是因?yàn)榭煽啃允且粋€(gè)多學(xué)科的問題,，并且涉及到材料,、設(shè)計(jì)、制造工藝,、試驗(yàn)和應(yīng)用條件,。因此，有必要開發(fā)LED燈和燈具的加速試驗(yàn)以及戶外照明燈具性能測試試驗(yàn),，從而可以有效地研究關(guān)于LED的各種破壞機(jī)理,。

　　據(jù)悉，飛利浦公司目前致力于研究可靠性測試標(biāo)準(zhǔn),，從而深入了解LED以及電源驅(qū)動(dòng)的失效機(jī)理,。有理由相信，在不遠(yuǎn)的將來將會有快速的、可靠的,、適合于長壽命的LED照明系統(tǒng)的可靠性測試實(shí)驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn),。

　　LED照明系統(tǒng)的熱管理

　　高亮度LED的亮度會隨著芯片的結(jié)溫成指數(shù)遞減。因此,，良好的散熱管理是LED固態(tài)照明系統(tǒng)向大功率發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素,。LED固態(tài)照明系統(tǒng)的散熱與微電子封裝的散熱一樣，器件工作產(chǎn)生的熱量,，首先由導(dǎo)熱經(jīng)過多層不同材料組成的封裝系統(tǒng)傳導(dǎo)到熱阱,，再由對流傳熱散到環(huán)境中。LED的熱管理應(yīng)該包括芯片優(yōu)化的布局設(shè)計(jì),，封裝材料(基板材料,，熱界面材料)、封裝工藝和熱井的設(shè)計(jì)等方面,。

　　仿真技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于電子封裝,，如熱分別、濕氣以及分層等,。這些模擬可以提供參數(shù)以更好了解不同條件下的LED性能,。圖1和圖2分別給出電子器件的溫度以及水分含量分布圖。這些模擬結(jié)果有助于預(yù)測器件內(nèi)部溫度或濕度的分布,。根據(jù)仿真結(jié)果,，可以對產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化從而改善整個(gè)系統(tǒng)的性能，在一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)合理的范圍里搭建試驗(yàn)車,，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,。

　　對于高亮度LED，材料界面熱阻是芯片到冷卻系統(tǒng)的瓶頸,。由于傳統(tǒng)的熱界面材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對較低,，現(xiàn)在出現(xiàn)了新型的高熱導(dǎo)的基于碳納米管的熱界面材料。據(jù)了解,，和其他的熱界面材料相比,，碳納米管熱界面材料可以更好的降低界面熱阻。優(yōu)化后的碳納米管陣列熱阻低至7mm2·K/W,。此外,，據(jù)驗(yàn)證了碳納米管熱界面材料可以大大提高高亮度LED的光輸出功率。

　　除了熱界面外,，主動(dòng)散熱系統(tǒng)已越來越受企業(yè)的歡迎,。圖3給出了SynJet主動(dòng)散熱模塊，它可以產(chǎn)生脈動(dòng)空氣,，從而可以把LED燈內(nèi)部的熱直接帶到外面,。據(jù)了解,，SynJet技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師解決一些產(chǎn)品的散熱問題，如電腦產(chǎn)品,，特別是高可靠性的LED產(chǎn)品,。該技術(shù)有高散熱效率、低噪音,、高可靠性和低功耗等優(yōu)點(diǎn),。

　　另一種主動(dòng)冷卻系統(tǒng)是利用壓電驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生脈動(dòng)空氣，如圖4所示,。該結(jié)構(gòu)簡單,，由一個(gè)PZT膜片和流動(dòng)通道構(gòu)成。該流動(dòng)通道中設(shè)計(jì)者重點(diǎn)論述了出口和進(jìn)口通道的設(shè)計(jì),。這種結(jié)構(gòu)允許每一個(gè)振動(dòng)周期中的流體在管道中的阻力和動(dòng)力差別,。

　　圖5顯示了一種固態(tài)風(fēng)扇，這是Dan Schlitz和Vishal Singhal經(jīng)過六年的不斷積累所發(fā)明的成果,。他們曾經(jīng)是美國普渡大學(xué)研究人員,，現(xiàn)在就職于Thorrn微技術(shù)公司。該研究表明它具有超薄風(fēng)扇的功能但沒有任何運(yùn)動(dòng)部件,。其原理是在空氣中微電極靠的很近的時(shí)候,，空氣被電離，由于這些離子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)能,，從而推動(dòng)空氣產(chǎn)生吹風(fēng)效果。他們還提到,，希望將來該技術(shù)在成本上可以接近傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng),。

　　可以看到新的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)正在越來越引起LED研究者的關(guān)注，主要因?yàn)樽匀焕鋮s對于LED照明系統(tǒng)中已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,，并且產(chǎn)生許多相關(guān)的LED失效問題,。

　　對于可靠性要求較高的LED照明系統(tǒng)，有必要發(fā)展快速的,、可靠的以及低成本的LED可靠性檢測方法,。另一方面，應(yīng)不斷發(fā)展新的科技提高LED照明系統(tǒng)的質(zhì)量,，包括工藝,、材料以及仿真方法。

　　不斷發(fā)展可靠性測試方法,，可以更好的模仿燈具的應(yīng)用條件或用戶要求,，這樣可以更有效地研究各種破壞機(jī)理。