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LED照明技术的优点与LED芯片抗过电应力能力的影响因素
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LED作为一种新型的照明技术，具有耗能低、寿命长、体积小、可调光、控制灵活和环保等优点，其应用前景举世瞩目。随着LED价格的下降，市场逐渐打开，越来越多的照明产品使用LED作为光源。特别是在道路照明领域，大功率LED产品成为市场的主角，LED在户外照明领域大放异彩［2］。然而，随着LED灯具应用的增加，户外LED灯具受雷击浪涌影响失效的数量也在增加。据调查，在正常使用年限内受损的LED户外灯具大多是因为雷击浪涌产生的过电应力失效了灯具电源及LED光源。这不仅影响灯具的使用寿命，而且增加企业的维护成本。鉴于此，LED户外灯具的抗雷击浪涌能力应引起足够的重视。
LED灯具的抗雷击浪涌能力主要取决于两方面：
（1）LED驱动电源的抗雷击浪涌能力及保护机制。
（2）LED芯片的抗过电应力能力。
对于LED驱动电源，应该以两点判断其抗雷击浪涌能力的好坏：（1）自身元器件的抗雷击浪涌能力，保证电源在雷击浪涌后依旧正常工作。（2）电源对浪涌电流电压波形的衰减能力，保证浪涌经过电源后衰减的峰值电流电压在LED芯片可承受的范围内。天津大学张金建［3］等对LED驱动电源的抗雷击浪涌进行研究，根据雷击浪涌的特性，利用气体放电管、压敏电阻、瞬态抑制二极管等浪涌器件设计了一种适合LED电源的浪涌保护电路，并采用雷击浪涌发生器进行抗扰度实验以测试其抗雷击性能。实验结果表明，能够抗击差模1kV和共模2kV的雷击高压，保证LED电源正常工作。然而，LED驱动电源的抗雷击浪涌要求是由LED芯片的抗过电应力能力决定的。因此，对LED芯片的抗过电应力能力的研究是十分必要的。
基于此，本文针对几种类型不同的大功率LED芯片进行雷击浪涌实验，以探讨不同大功率LED芯片抗过电应力能力，为LED户外灯具的驱动电源与LED芯片的选择，以及抗雷击浪涌浪涌能力的设计研发提供参考，具有重要的实际意义。
2、LED芯片抗过电应力能力的影响因素
首先，LED芯片可承受的电流密度决定其抗过电应力能力，LED芯片能承受的单位横截面积上的电流越大，其抗过电应力能力越强。对于常规电导体电流密度必须足够低，以防止导体熔化或熔断，或者绝缘材料被击穿［4］。在大电流密度下LED芯片内部会发生电迁移现象。导电金属材料在通过较高电流密度时，金属原子会沿着电子运动方向进行迁移扩散。在LED中电迁移使金属原子从一个晶格自由扩散到另一个晶格空位上。以倒装结构芯片为例，当电子流从互连引线流入共晶合金凸点时，由于互连引线到凸点的几何形状产生了突变，因此会在界面上产生电流密度聚集和局部焦耳热效应［5］。电流密度聚集使得凸点和芯片及基板引线里的电流密度分布不均匀，导致电流密度聚集处局部产生了复杂的电迁移力，加速了电迁移的过程，同时加速了LED的失效。
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