可靠性-LED加速老化壽命試驗方法概論

1、、可靠性理論基礎(chǔ)1.可靠度：如果有N個LED產(chǎn)品從開始工作到時刻的失效數(shù)為n(t),當(dāng)N足夠大時，產(chǎn)品在t時刻的可靠度可近似表不為:隨時間的不斷增長，將不斷下降。它是介于1與0之間的數(shù)，即0名即)，12 .累積失效概率：表示發(fā)光二極管在規(guī)定條件下工作到t這段時間內(nèi)的失效概率，用F(t)表示，又稱為失效分布函數(shù)。如果N個LED產(chǎn)品從開始工作到t時刻的失效數(shù)為n(t),則當(dāng)N足夠大時，產(chǎn)品在該時刻的累積失效概率可近似表不為:3 .失效分布密度：表示規(guī)定條件下工作的發(fā)光二極管在t時刻的失效概率。失效分布函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)稱為失效分布密度，其表達(dá)式如下：Fit+&£j尸(£)衣(

2、£)K+AE)在時間間稀小內(nèi)的平均為#1,A(t)-A(t+At).AtR(t)在AfQ榭艮情況下，瞬時失效率為:加二，0/t)出?早期失效期；?偶然失效期(或穩(wěn)定使用期)；?耗損失效期。二、壽命老化：LED發(fā)光亮度隨著長時間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān),可描述為:A=鼻巳爾%Bt為t時間后的亮度，Bo為初始亮度。通常把亮度降到Bt=0.5Bo所經(jīng)歷的時間t稱為二極管的壽命。1 .平均壽命如果已知總體的失效分布密度f(t),則可得到總體平均壽命的表達(dá)式如下:2 .可靠壽命可靠壽命Tr是指一批LED產(chǎn)品的可靠度下降到r時，所經(jīng)歷的工作時間。Tr可由

3、R(Tr)=r求解，假如該產(chǎn)品的失效分布屬指數(shù)分布規(guī)律，則：尺后)=點-jr即可求得Tr如下:Inr%=點九3 .中位壽命現(xiàn)砧-5%對于指數(shù)分布情況,中位壽命To.5指產(chǎn)品的可靠度R(t)降為50%時的可靠壽命，即:二、LED壽命測試方法LED壽命加速試驗的目的概括起來有：?在較短時間內(nèi)用較少的LED估計高可靠LED的可靠性水平?運(yùn)用外推的方法快速預(yù)測LED在正常條件下的可靠度；?在較短時間內(nèi)提供試驗結(jié)果，檢驗工藝；?在較短時間內(nèi)暴露LED的失效類型及形式，便于對失效機(jī)理進(jìn)行研究，找出失效原因；?淘汰早期失效產(chǎn)品，測定元LED的極限使用條件1.溫度加速壽命測試法由于通常LED壽命達(dá)到10萬小時

4、左右，因此要測得其常溫下的壽命時間太長，因此采用加速壽命的方法。根據(jù)高溫加速壽命得的結(jié)果外推其他溫度下的壽命。LED溫度加速老化壽命測試原理是基于Arrhenius模型。利用該模型可以發(fā)現(xiàn)由溫度應(yīng)力決定的反應(yīng)速度的依賴關(guān)系，即笈丁式中L為壽命，Ea為激活能，A為常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。因此測試溫度應(yīng)有兩個，即還需測得另一個溫度T2下器件壽命為L2。可以求得激活能Ea。樣便可以求得溫度可見實驗需要測得同一批器件在兩個不同溫度下的壽命，然后推得其他溫度下的壽命。這就要求被測器件的數(shù)量應(yīng)足夠多，才能避免個性影響，而得到共性，即得到統(tǒng)計壽命值才真實。LED從正常狀態(tài)進(jìn)入劣化狀態(tài)的過程中

5、，存在能量勢壘，躍過這個勢壘所需要的能量必須由外部供給，這個能量勢壘就稱為激活能。源活能與加速系數(shù)的關(guān)系U可以看出，激活能越大曲線傾斜越大，與溫度關(guān)系越密切，加速系數(shù)越大，溫度越高加速系數(shù)越大。由于器件向失效發(fā)展的機(jī)理不同，其能量勢壘的高度也不同，所以其激活能量值Ea也不一樣,就像其它半導(dǎo)體器件一樣，本艮據(jù)激活能量值Ea推出失效機(jī)理，據(jù)此改進(jìn)器件設(shè)計和生產(chǎn)工藝。某一批次器件的Ea可看出近2.電流加速壽命測試法相"光功率相對光功率隨定間的受道曲桀圖從圖中可以看到，當(dāng)驅(qū)動電流較小時，在老化的初始階段衰減幅度較小。當(dāng)相對光功率衰減到P/P0<0.80.9以后，相對光輸出功率與老化時間

6、之間滿足關(guān)系式:1-F/片=就In'短及(1)其中“是擬合直線的斜率，它與驅(qū)動電流無關(guān)是一個常數(shù)為度的大小有關(guān)，可表示為：0.27,將to定義為P/吊=1時的點，它是與電流強(qiáng)%=金父丁根據(jù)實驗得到藍(lán)光LED的經(jīng)驗值;月=43Ml0,尸=2一7U(2)將（1）式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q可以得到:=上口'也(3)聯(lián)立（2）、（3）就可以計算出輸出功率衰減到一半時（即P/吊=0.5）的壽命：=2.73x/fxl07(4)If驅(qū)動電流強(qiáng)度，單位為mA;tF為老化時間，單位為小時。以40mA為例，利用公式通過測量驅(qū)動電流為40mA時的壽命來推導(dǎo)LED在驅(qū)動電流為20mA時的壽命。假設(shè)我們己經(jīng)測得測

7、量驅(qū)動電流為40mA時的壽命為，則驅(qū)動電流為20mA時的壽命為：7FC20）上風(fēng)4口2。，中1=S49XX上網(wǎng)的產(chǎn)40mA時的壽命的6.498倍。也就是說，驅(qū)動電流為20mA時的壽命為驅(qū)動電流為為刻的1L倍；）%電為時的1942倍，130卜為f式網(wǎng)的29.443倍為0期的58.003倍；E2O1為FT110)的99,765倍Q3.普通條件外推法當(dāng)LED通過一定的電流時，認(rèn)為它的光強(qiáng)隨時間的衰減滿足一定的指數(shù)關(guān)系，如下圖所示。亮度同隨t的變化曲線u其中Bt為老化t小時后的亮度，B0為LED的初始亮度，而。為與LED和電流值有關(guān)的常數(shù)。通常把亮度降到Bt=0.5Bo所經(jīng)歷的時間T稱為LED的壽命。

8、測定T要花很長的時間，通常以推算求得壽命。在實際的測量過程中，給LED通額定工作電流20mA恒流源，點燃ti小時(其中ti一般為1000-10000小時之間)。el先后測得Bt,B。，將這些數(shù)據(jù)代入就可以求得常數(shù)q再把Bt=0,5B0,這樣就可以求得壽命To造成功率LED光衰的應(yīng)力主要來自于結(jié)溫的影響，因此對白光LED壽命的測試采用溫度作為恒定加速應(yīng)力比較合適。失效判據(jù)考慮到白光功率LED光通量的衰減，一個白光功率LED照明光源的有效壽命可以采用兩種判據(jù)：?一種是在25c的環(huán)境溫度時光通量衰減到初始值的50%的工作時間；?另一種是在同樣工作條件下光通量衰減到初始值70%的工作時間。3 .加速試

9、驗應(yīng)力摸底烘箱恒定溫度Ta分別為85C、125C、150C、165C、175C、185C。恒定時間96小時取出樣管?；謴?fù)1小時，再逐支測LED的光通量。摸底試驗結(jié)果表明：在125c以下光通量在有限的時間內(nèi)幾乎沒有變化，從150c開始略有變化。直至185c下出現(xiàn)有1支樣品管光衰較大。由此選定165c和175C、185C、350mA、96-180小時作為恒定加速應(yīng)力的試驗條件。4 .實驗數(shù)據(jù)處理由阿侖尼斯模型給出計算不同結(jié)溫的期望工作壽命和激活能的公式:3=氏*F蜂吹-富田國今(2)Po為初始光通量；P為加溫加電后的光通量；3為某一溫度下的衰退系數(shù)：t為某一溫度下的加電工作時間;由阿侖尼斯模型給出

10、計算不同結(jié)溫的期望工作壽命和激活能的公式:30為常數(shù)；Ea為激活能；k為波耳茲曼常數(shù)；If為工作電流；Tj為結(jié)溫；結(jié)溫可按公式(3)求得:(3)Tc為殼溫；Vf為正向電壓；Rj-c為結(jié)到殼的熱阻。1.LED的失效類別:LE1>的主要失效現(xiàn)象扉號/失效現(xiàn)象/失效類別:開路式短路，嚴(yán)重失效¥在正常測試條件下光檢出中止?fàn)t嚴(yán)重失效一3中_閃爍戶1二嚴(yán)重失效_加不正常光衰(壽命變短)#參數(shù)失效一加參數(shù)失效Q6八光指向性變墉參數(shù)失效口7卡電參數(shù)(Vf或IQ變壞戶_數(shù)失效1結(jié)構(gòu)受損一嚴(yán)重，參數(shù)失效/Ln封裝S型產(chǎn)品主散粗逋道各矛仲料的導(dǎo)熱能力對比名稱，-*+|1圖片,有深層管除捍球。周晶熱熱價粘削踞戢熱板材杵IuGaNJPb5口+喳ClF_導(dǎo)熱膠JAk導(dǎo)熱系效(W；inK>.1旭汕1蛤1.尸25a401#0二2.09*根據(jù)阿侖尼斯模型給出計算不同結(jié)溫的期望工作壽命和激活能的公式P=P0exp(-3t)3=30If