关于LED芯片原理及光电器件车规级AEC-Q102认证的解读

于 2025-11-14 18:51:26 发布 5 阅读 0 评论

LED芯片发展史

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19 世纪初期,人类已掌握半导体材料可产生光线的基本知识。1962 年,通用电气公司的尼克・何伦亚克成功开发出第一种可见光发光二极管,即首个红光 LED。初期,LED主要用作仪器仪表的指示光源。随着不同光色LED的陆续问世,其应用范围逐渐拓展至交通信号灯、大面积显示屏等领域。


1993 年,日亚化学的中村修二发明蓝光 LED,该 LED 与红光、绿光 LED 组合可产生白光,这一突破极大推动了 LED 在照明领域的广泛应用。2014 年,中村修二等人也因这一重大贡献荣获诺贝尔物理学奖。这不仅是对他们在 LED 领域所做贡献的高度认可,也进一步提升了 LED 技术在全球范围内的知名度和影响力。



LED 芯片原理

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LED 是一种固态半导体器件,核心部件为半导体晶片。晶片一端固定在支架上,作为负极;另一端连接电源正极,整体通常采用环氧树脂封装。半导体晶片由 P 型半导体和 N 型半导体两部分构成,形成 “P-N 结”。当电流通过导线作用于晶片时,N 型半导体中的电子会被推向 P 区,在 P 区中电子与空穴发生复合,以光子形式释放能量,进而产生光。光的波长(即光的颜色)由形成 P-N 结的材料决定。


芯片分类

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1.按尺寸划分 
以 40mil 为界限,可分为大尺寸芯片和小尺寸芯片。
大尺寸芯片:≥40mil,主要应用于高功率、高亮度的照明和显示场景。
小尺寸芯片:<40mil,适用于普通照明、显示等领域。
2.按功能和结构划分 
常见类型包括 MB 芯片、GB 芯片、TS 芯片、AS 芯片等。其中,MB 芯片以高散热系数的 Si 作为衬底,通过金属层接合磊晶层与衬底,具备优良的散热性能和光度提升效果,适用于高驱动电流领域。


AEC-Q102 认证适应的产品

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AEC-Q102标准适用于汽车电子所有内外使用的分立光电半导体元器件,具体包括:车用LED、激光组件、激光元件、光电二极管、光电晶体管、发光二极管、光导管、光电池、光电三极管、热敏电阻、温差发电器、温差电致冷器、光敏电阻、红外光源、光电耦合器、发光数字管,以及采用光电功能和其他组件的多芯片模块等。



LED需要通过的AEC-Q102测试项目

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要获得认证,LED必须通过一系列模拟极端环境的“极限测试”,主要包括:

1.环境可靠性
预处理(A1):施加高温、高湿等应力,模拟器件实际使用环境,评估其长期工作前的稳定性与可靠性。
高温高湿工作寿命(A2a、A2b):在高温环境下,对LED和激光器件施加工作电流并持续一定时间,考察光衰、波长漂移等性能变化,确定高温条件下的工作寿命与可靠性。
高湿高温反向偏压(A2c):针对光电二极管和光电晶体管,在高湿高温条件下施加反向偏压,观察是否出现漏电流增大、击穿等异常,评估高湿度环境下的可靠性。
功率温度循环(A3a):对LED和激光器件进行功率温度循环测试,在特定温度范围内周期性改变工作功率和温度,模拟实际使用中的温度循环,检测温度变化下的性能稳定性与结构完整性。
高温工作寿命(B1a、B1b):在高温环境下,对LED和激光器件施加工作电流并持续一定时间,考察光衰、波长漂移等性能变化,确定高温条件下的工作寿命与可靠性。
低温工作寿命(B2):主主要针对激光器件,将其置于低温环境中施加工作电流,进行长时间工作测试,评估低温下的启动特性、光功率变化等指标。
脉冲寿命(B3):对LED和激光器件施加脉冲电流或电压,模拟实际应用中的脉冲工作模式,通过多次脉冲循环,检测器件的损伤阈值与性能稳定性。
2.物理与机械性能测试
物理尺寸(C2):使用显微镜、卡尺等工具,测量光电器件的芯片尺寸、引线间距、封装尺寸等几何参数,确保符合设计规格和行业标准,保障器件的可装配性与兼容性。
引线拉力(C3):采用专用拉力测试设备,对金线封装结构的产品施加拉力,测量引线拉力值,评估引线与芯片或封装体的结合强度,防止使用中出现断裂或脱落。
芯片剪切力(C5):使用芯片剪切力测试仪,对含芯片的产品施加剪切力,测量芯片与衬底或封装体的剪切强度,确保芯片安装牢固,避免因松动导致器件失效。

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