LED照明热分析、可靠性及创新设计讨论

　　元件及系统的散热与可靠性是半导体照明的两大重要议题，在奥地利工业重镇林茨举行的EuroSimE2011国际学术会议期间，国际专家围绕这两大议题，进行了学术报告与交流，解答了诸如如何使用如碳纳米管进行散热？如何使用仿真准确预测8W替代型灯泡及3W LED阵列的散热情况？如何突破LED芯片仿真的局限进行整个灯具系统的可靠性仿真等问题。会上，2个欧洲大型、跨国半导体照明研究项目SE2A (汽车电子元件开发、汽车SSL头灯)与CSSL(替代型球泡灯)的项目主管，对这两个项目的概况，管理方法与进度进行了汇报。

　　半导体照明热分析以及创新设计

　　关于半导体照明的热力分析以及散热设计，其中，来自香港科技大学的张凯介绍了如何使用压电材料制成的主动冷却系统以及碳纳米管为导热界面材料来解决高亮度发光二极管的散热问题。使用主动冷却系统的最大好处是它的散热效率。这个研究发现使用主动冷却系统能降低温度高达37℃。使用压电材料制成的主动冷却系统的最大好处是它没有机械部件，因此，少了机械部件的磨损将增加主动冷却系统的寿命以及可靠性。

　　代尔夫特大学的叶怀宇发表了其项目组关于半导体照明的热力分析以及如何通过更有效的设计来解决其散热问题的成果。采取与张凯不同的散热途径，他主要采用被动冷却系统以便降低照明系统的成本。他提倡通过最优化设计LED的散热通路来解决其结点高温的问题，这包括重新设计照明系统的架构来增加散热功效。

　　捷克理工学院的Jiri Jakovenko发表了关于半导体照明8W替代型灯泡的热模拟与实验验证。该作者针对替代型灯泡的LED封装、驱动电子、散热机构、光转换机构、二次光学机构，皆进行了仿真，并且以实验证明实验与仿真的误差只有百分之十。他认为，仿真技术能准确的预测节温。

　　来自桂林电子科技大学的Fengze Hou对3W LED阵列系统的散热鳍片的热力性能分析以便可以更准确的预测半导体照明灯具的温度。代尔夫特大学的Sima Tarashioon 则以实验方法研究半导体照明的驱动电子元件在高温下的性能衰退现象，例如在110℃的温度下，一个陶瓷电容器（标称使用温度125℃）已经使整个集成电路的效率下降了2%~3%。一个驱动电路是由几个陶瓷电容器和电感所组成的。在高温下，驱动电路的实际效率将大大区别于设计效率。

　　有关可靠性问题的突出观点或共识

　　关于半导体照明的可靠性分析成果。飞利浦照明的WillemVan Driel总结了照明行业中几个在半导体照明系统可靠性预测方面的重要研究。由于半导体照明系统是由灯具、供电、通信和控制子系统构成的大型复杂系统，WillemVan Driel认为半导体照明工业界应该跳出只考虑LED芯片寿命的思路，而要进一步考虑总体系统可靠性。
针对系统可靠性，他描述了2个最新的系统可靠度仿真技术MonteCarlo 方法，以及BBN + Marckov Chain方法。他特别强调因为半导体照明的高速发展，新结构、新概念灯具/系统将导致老的失效机制与模式不再成立，新的失效模式以及加速老化试验的方法研究至关重要。代尔夫特大学的Sau Koh论述了如何能够准确预测环氧树脂在温度和电压变化下的寿命的模型，这个模型能更真实描述灯具环境。因此，它能更准确的预测寿命。比如，一个在25℃匀温室外照明的寿命要比在冬夏环境下的外照明的寿命短的多了。此外，来自英国格林威治大学的C. Bailey 讲述如何运用现有的多学科仿真技术来预测应用在特殊环境下的LCD屏幕的LED背光源设计方法。他们同时考虑：热、使用者视觉效果和可靠性等设计参数的交互作用，并寻求最优化设计。

　　目前，欧盟的大型半导体照明研究项目”SE2A”与“CSSL”中，SE2A开发可靠性高的汽车电子元件、系统，包括SSL头灯与其驱动电子的开发，该项目的运行时间约为3年，共有21家公司、研究院所及大学参加，总预算超过2100万欧元。CSSL主要关注SSL替代性球泡灯的开发与商业化，包括LED芯片与封装、驱动电子、光学部件与散热机构等等，该项目的运行时间约为3年，总预算为2700万欧元。EuroSimE是每年举办的国际性学术会议，主要关注微电子与微系统中热、机械、与多尺度物理的仿真与实验方法。自2000年以来，已举办12届。并获得世界各地的大量回响与高度参与，同时受到IEEE-CPMT （国际电子与电气工程师协会元件制造与封装分会）大力支持。今年来自自奥地利林茨工业大学、Bosch、Philips、Siemens、TNO（荷兰应用科学研究组织），荷兰代尔夫特大学，美国马里兰大学，中国桂林电子科技大学，香港科技大学等多个国家和地区的学者，以及Infineon、NXP、Ansys等大型国际性企业的代表，开展了深入的学术探讨及广泛的应用合作。