LED照明技術(shù)的優(yōu)點與LED芯片抗過電應(yīng)力能力的影響因素

　　LED作為一種新型的照明技術(shù)，具有耗能低、壽命長、體積小、可調(diào)光、控制靈活和環(huán)保等優(yōu)點，其應(yīng)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(chǎn)品使用LED作為光源。特別是在道路照明領(lǐng)域，大功率LED產(chǎn)品成為市場的主角，LED在戶外照明領(lǐng)域大放異彩［2］。然而，隨著LED燈具應(yīng)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(diào)查，在正常使用年限內(nèi)受損的LED戶外燈具大多是因為雷擊浪涌產(chǎn)生的過電應(yīng)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(hù)成本。鑒于此，LED戶外燈具的抗雷擊浪涌能力應(yīng)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）LED驅(qū)動電源的抗雷擊浪涌能力及保護(hù)機(jī)制。

　?。?）LED芯片的抗過電應(yīng)力能力。

　　對于LED驅(qū)動電源，應(yīng)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(jīng)過電源后衰減的峰值電流電壓在LED芯片可承受的范圍內(nèi)。天津大學(xué)張金建［3］等對LED驅(qū)動電源的抗雷擊浪涌進(jìn)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(shè)計了一種適合LED電源的浪涌保護(hù)電路，并采用雷擊浪涌發(fā)生器進(jìn)行抗擾度實驗以測試其抗雷擊性能。實驗結(jié)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(qū)動電源的抗雷擊浪涌要求是由LED芯片的抗過電應(yīng)力能力決定的。因此，對LED芯片的抗過電應(yīng)力能力的研究是十分必要的。

　　基于此，本文針對幾種類型不同的大功率LED芯片進(jìn)行雷擊浪涌實驗，以探討不同大功率LED芯片抗過電應(yīng)力能力，為LED戶外燈具的驅(qū)動電源與LED芯片的選擇，以及抗雷擊浪涌浪涌能力的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力能力越強(qiáng)。對于常規(guī)電導(dǎo)體電流密度必須足夠低，以防止導(dǎo)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(nèi)部會發(fā)生電遷移現(xiàn)象。導(dǎo)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(jìn)行遷移擴(kuò)散。在LED中電遷移使金屬原子從一個晶格自由擴(kuò)散到另一個晶格空位上。以倒裝結(jié)構(gòu)芯片為例，當(dāng)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(chǎn)生了突變，因此會在界面上產(chǎn)生電流密度聚集和局部焦耳熱效應(yīng)［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(dǎo)致電流密度聚集處局部產(chǎn)生了復(fù)雜的電遷移力，加速了電遷移的過程，同時加速了LED的失效。