大功率LED因其发光效率高、寿命长、能耗低、绿色环保等优点在人们日常生活中得到了广泛的应用,被认为是下一代照明光源。通常情况下,LED产品的寿命长达数万小时,在正常工作下测试其寿命周期长、成本高、不可控因素繁多,因此使用常规的寿命测试方法无法有效地进行评估。此外,在实际应用过程中,LED器件会遇到高温、高湿、振动、热冲击等各种恶劣的环境条件,这些恶劣环境会放大LED产品的缺陷问题,加速封装材料的老化,降低LED的可靠性,缩短其实际使用寿命。明确LED的使用寿命能够更好地反映产品的可靠性,因此,研究大功率LED封装的可靠性、快速有效地评估其使用寿命具有重要意义。本论文主要从封装工艺、封装材料对大功率LED可靠性的影响、失效分析以及LED模块的加速寿命预测等方面进行研究,主要工作及成果包括以下几个方面:1)提出了一种用于大功率LED加速热可靠性实验的在线测试系统方法。对在线测试系统参数进行优化,发现光缆入口端面与LED光源之间的最优距离为12 mm,光缆出口端面与传感器探头之间的最优距离为5 mm。对在线测试系统进行可行性验证,利用在线测试系统和积分球系统分别测量LED样品在不同电流下的出光参数,结果显示两者具有很好的一致性,针对LM-80-08标准的6000 h标准测试也证明了在线测试系统的可行性。此外,误差分析表明在线测试系统在高温老化实验中的系统误差和随机误差分别为0.2%和0.02%。2)研究了LED封装工艺中的固晶回流工艺对LED的光学性能及热可靠性的影响。首先通过光学仿真模拟研究了芯片偏移对LED光学性能的影响,发现芯片偏移会使得LED的出光效率和黄蓝比下降,并且会破坏LED的空间颜色均匀性,且芯片偏移幅度越大,影响越严重。随后,通过实验研究对模拟结果进行了验证,发现二者吻合较好。最后,通过加速老化实验研究了固晶回流工艺对LED可靠性的影响,发现芯片偏移会导致LED样品的可靠性变差;且偏移量越大,该影响越大。3)研究了封装材料对大功率LED热可靠性的影响机制,发现在高温老化实验中,硅胶会导致碳化、孔隙等缺陷;在老化初期,荧光粉的热淬灭效应会造成快速的光能量损失。研究了硅胶量对LED可靠性的影响规律,揭示了硅胶透光率下降是造成硅胶量影响LED出光变化的主要原因。从提高LED可靠性的角度,探索了LED芯片+荧光粉片的新型封装形式。通过热电偶插入测量法进行了荧光粉温度的测量,结果表明在电流为350 mA时,荧光粉温度为58.5℃。经分析,该测量结果偏高,造成这种现象的原因是热电偶探头对光能量的吸收与转化。4)提出了一种利用统计学分析研究封装材料/结构对LED可靠性影响大小主次顺序的方法。对常见的LED封装结构进行分析,结果表明4种影响因素中光学透镜的影响最大。提出了一种基于可靠性评估的LED封装结构设计方法,针对两种典型的LED封装结构进行分析,给出了结构设计建议。5)开展了大功率LED模块的加速寿命实验研究。分析了温度电流双应力加速寿命实验中加速因子的作用机理,基于电流影响项进行加速寿命实验设计。在温度加速寿命实验中,发现出光衰减和色漂幅度随着温度升高而增大。利用威布尔分布对各组样品的加速寿命进行拟合,结合阿伦尼乌斯模型建立了大功率LED加速寿命预测模型。对比加速温度为150℃下LED样品的推断寿命和实验值进行验证,结果显示在失效概率为5%、10%和63.2%时,二者的误差分别为7.67%、3.29%和2.69%。此外,对温度电流双应力加速寿命实验中的电流影响项进行了分析,发现电流影响项不为0且不可忽略。在建立加速寿命模型时,不能使用仅考虑温度作用的阿伦尼乌斯模型,必须同时考虑温度影响项和电流影响项。本文对大功率LED封装热可靠性及加速寿命预测模型进行了相应研究,取得了一定进展,对LED封装的加速老化和可靠性分析具有一定的指导作用。