led 因具有无污染、高效率、寿命长、体积小等优点,成为最有前途的照明光源。随着功率型LED在照明领域应用的不断发展,对LED 小型化、高功率化的要求越来越迫切,低热阻、散热良好及低应力的封装结构是功率型LED 器件的技术关键。现有研究结果表明,键合材料对LED 封装热阻影响最大,提高功率型LED 散热能力的关键是减小键合层的热阻。键合材料导热系数较低,固化后材料间的接触热阻很高,导致温度梯度大,将产生很大的热应力;另外,键合材料与芯片、热沉间的热膨胀系数(CTE)差异较大,当膨胀受到外部约束时也会产生较大热应力。封装过程产生的热应力不仅影响LED 器件的物理稳定性,还会使封装硅胶透镜的折射率发生改变,从而对LED 的出光效率和光场分布造成影响。热应力大小已成为*价功率型LED 可靠性的主要指标之一。
目前,国内外已经对LED 热应力分布做了相关研究。2006 年,Jianzhen Hu 等人对Ga-N 基LED 热应力分布进行了有限元模拟仿真,结果表明LED 封装的最大热应力集中在芯片和键合层接触地方的边缘处;2007 年,于新刚等人分析了基板材料导热系数对LED 结温和最大热应力的影响;2008 年,戴炜峰等人利用有限元模拟了大功率LED 的瞬态温度场和应力场的变化情况。但上述研究中都将LED 温度场和应力场分别进行了模拟分析,而没有分析温度场对应力场的对应变化关系,也未分析应力与应变的变化趋势,而且从公开的文献来看,并未发现任何有关研究键合层材料这个关键因素对LED 应力场分布的影响。
论文以热应力理论为依据,模拟了LED 瞬态温度场和应力场分布的变化,并与实测的LED 基板底部中心温度变化情况进行了对比研究;并分析了瞬态温度场和应力场的对应变化关系;模拟研究了键合层材料导热系数对LED 结温和最大等效应力的影响;计算了基板顶面平行于X 轴路径上热应力、应变及剪应力的变化趋势,论文的研究对LED 的封装热设计具有意义。