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玻璃螢光片與固晶膠在不同操作條件下對LED特性的影響

為了解決GLE 缺點的問題，作者翁宗漢 這樣論述：

本論文分為實驗一與實驗二，實驗一使用釔鋁石榴石(Yttrium Aluminium Garnet, YAG)螢光玻璃片(Phosphor in Glass, PiG)覆蓋表面黏貼式元件(Surface Mount Device, SMD)封裝，並用氮化銦鎵(InGaN)藍光發光二極體（Light-emitting diode, LED）激發PiG製作之白光LED，探討其光熱特性與可靠度研究；實驗二透過操作在不同環境下的LED光熱特性，以評估藍光LED光輸出對固晶膠的影響。實驗一 : 比較封裝矽膠中摻雜YAG螢光粉(Phosphor in Silicone, PiS)與PiG覆蓋SMD封裝之白

光LED，並測試不同環境下的光熱特性與可靠度實驗結果如下。元件光特性分析聚焦在LED的光輸出功率與光品質。PiG LED的初始光輸出功率相較於PiS的初始光輸出功率低了6.4%；光品質分析，CIE1931色度座標(x, y)分佈，PiG LED相較於PiS LED集中，PiG LED的x與y座標誤差值分別為0.4%與0.7%，PiS LED的x與y座標誤差值分別為1.4%與2.7%。可靠度分析，測試項目分為常溫測試、恆溫恆濕測試、冷熱衝擊測試與PCT(Pressure Cooker Test)壓力鍋測試；常溫測試，測試條件為溫度25℃、操作電流350 mA下點亮1008 小時；測試結果，PiG

LED與PiS LED在光輸出、色溫(Correlated Color Temperature, CCT)及演色性(Color Rendering Index, CRI)偏移率均小於1%；恆溫恆濕測試，測試條件為溫度85℃與濕度85%、操作電流350 mA下點亮1008 小時；PiG LED與PiS LED測試結果，光輸出維持率分別下降44%與5%、CCT分別上升24.7%與9.2%及CRI分別上升7.2%與4.1%。由恆溫恆濕測試結果發現，PiG LED的光輸出維持率比PiS LED低，因此做元件熱特性量測，量測項目分為接面溫度（Junction Temperature, Tj）與熱阻（T

hermal Resistance, Rth）；LED晶片Tj量測，PiG LED相較PiS LED的封裝方式，Tj從88.4℃降低到81.3℃(下降8.0%)；LED晶片至支架Rth量測，Rth則從37.4℃/W降低到35.6℃/W(下降4.8%)。冷熱衝擊測試，測試條件為溫度-20℃及溫度120℃，兩者皆恆溫15分鐘為一個循環，循環次數500次，每100週期將LED拿出來點亮並且浸泡紅墨水，測試結果無樣品有紅墨水滲入現象甚至死燈。壓力鍋測試，將實驗品放入121℃、大於1大氣壓，測試120小時，每24小時拿出來點亮與浸泡紅墨水，觀察是否有死燈或是膠體與支架剝離，測試結果顯示均無樣品有紅墨水滲

入且死燈的現象。實驗一結論如下，雖然在恆溫恆濕點亮中，光輸出維持率PiG LED相較於PiS LED降低39%，但是在一般的常溫(25℃)環境下PiG LED與PiS LED兩者沒有差異，而且PiG LED相較PiS LED有較好的光特性。實驗二 : 使用水平結構的LED晶片，搭配環氧樹脂銀膠(銀膠)導熱率25 W/mK與透明矽膠(矽膠)熱導率為0.2 W/mK兩款固晶膠，探討LED元件的光熱特性與可靠度研究。可靠度分析，測試項目分為固晶膠推力與常溫1008 小時點亮測試；固晶膠推力測試條件，在操作電流350mA下點亮120小時後進行推力測試，測試結果銀膠與矽膠的推力值分別下降74.7%與11

.5%。常溫點亮測試，測試條件為溫度25℃、操作電流350 mA下點亮1008 小時；測試結果，銀膠 LED與矽膠 LED的光輸出維持率分別為96%與85%，然而銀膠在168小時，固晶膠開始黃化。元件熱特性量測，量測項目分為接面溫度、熱阻與變電流；LED晶片Tj量測，銀膠相較矽膠的封裝方式，Tj從63.7℃降低到60.0℃(下降5.8%)；LED晶片至支架Rth量測，Rth則從19.7℃/W降低到9.6℃/W(下降51.2%)。變電流量測，量測結果銀膠 LED與矽膠 LED分別在1,250 mA與950 mA下達到最高光輸出值，銀膠的固晶膠體相比Silicone的膠體能夠多承受300mA的電流

。實驗二結論如下，由元件熱特性量測可以發現，銀膠 LED擁有較低的Tj與Rth；由可靠度分析可以發現，銀膠雖然膠體表面黃化，但光輸出維持率仍然比矽膠 LED高11%，推測主因是銀膠相較於矽膠有最低的熱阻，以及較好的導熱率，進而將LED元件的熱有效的導出，大幅提升LED元件的壽命。整合實驗一與實驗二，本論文的結論如下，使用PiG覆蓋SMD封裝方式的LED，雖然在高溫高濕條件下，光衰非常嚴重，但是擁有優異的光品質，以及較低的Tj與Rth；從實驗二來看，銀膠有優異的熱導率與良好的散熱能力，相較於矽膠有較好的光輸出維持率。因此PiG覆蓋SMD封裝方式的LED，可以使用高導熱與散熱優異的材料來增加散熱，

提升LED的壽命。