DB13-T1323-2010LED加速壽命試驗方法

ICS13.020.60

L04

DB13

河北省地方標準

DB13/T1323—2010

LED加速壽命試驗方法

LED’sacceleratedlifetestmethod

DB13/T1323—2010

LED加速壽命試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了LED加速壽命試驗的定義、試驗準備、試驗步驟、試驗數(shù)據(jù)的處理、結果的計算。

本標準適用于各種可見和非可見單色光LED器件產品光輸出功率緩慢退化失效模式的LED加速壽

命試驗。對于不考慮色溫漂移的白光LED器件產品，可以參照本標準。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T2689.1－1981恒定應力壽命試驗和加速壽命試驗方法總則

GB/T2689.2－1981壽命試驗和加速壽命的圖估法（用于威布爾分布）

SJ/T11394-2009半導體發(fā)光二極管測試方法

3定義

下列術語和定義適用于本標準。

3.1

LED產品壽命lifetimeofLEDproduct

LED產品壽命是在規(guī)定的工作電流和環(huán)境溫度下，光通量（或光功率）下降到初始值50％或70％時

的工作時間。

注：它是一個統(tǒng)計數(shù)值，在掌握了一批產品的統(tǒng)計規(guī)律后，可以得到其中某一個產品壽命小于某一數(shù)值的概率，或

產品的壽命在某一范圍之內的概率。

3.2

平均壽命averagelifetime

平均壽命是LED產品壽命的平均值，對于不可維修的（LED）產品，常用“失效前的平均工作時間”

（MTTF）來表示，其意義是LED產品失效前的工作時間的平均值（數(shù)學期望值）。

4試驗準備

4.1測試儀器和設備

測試儀器和設備主要有：LED色、光、電測試系統(tǒng)、熱阻測試儀、烘箱或可實時監(jiān)控測量的LED

加速壽命試驗系統(tǒng)。

4.2樣品

1

DB13/T1323—2010

4.2.1抽樣

樣品試驗前必須經過老化以剔除早期失效。針對某一型號的產品，從經過老化篩選和質量一致性檢

驗合格的母體中一次隨機抽取試驗樣品。

4.2.2樣品數(shù)量

恒定應力加速壽命試驗，是由若干個壽命試驗組組成的，各個壽命試驗組都有一定數(shù)量的試驗樣品，

加速壽命試驗所需的樣品數(shù)量是各個壽命試驗組的樣品數(shù)之和。

若加速應力水平選取i個溫度應力T1、T2……Ti,則有i個壽命試驗組，所需樣品總數(shù)按式（1）計

算：

n=n1+n2+……+ni………………（1）

式中：

n——加速壽命試驗所需樣品總數(shù)；

n1————溫度應力Ti的試驗組所需的試驗樣品數(shù)；

n2————溫度應力T2的試驗組所需的試驗樣品數(shù)；

ni————溫度應力Ti的試驗組所需的試驗樣品數(shù)。

每組試驗的樣品數(shù)ni可以相等，也可不相等。對于各組試驗樣品不相等的加速試驗，一般低應力

組的試驗樣品數(shù)應高于高應力組的試驗樣品數(shù)。一般每個應力水平下的樣品數(shù)量：小功率LED產品不

少于10只(ni≥10)，功率型LED產品不少于5只(ni≥5)。樣品數(shù)越多，得到的試驗結果越接近實際壽

命值。

4.3溫度應力

4.3.1溫度應力的確定

一個完整的加速壽命其結溫應力Tj,i的數(shù)目應不少于3個（i≥3）。采用同一型號的產品，從經過老

化篩選和質量一致性檢驗合格的母體中一次隨機抽取試驗樣品，數(shù)量不少于5只。可采用步進應力或恒

定應力進行摸底試驗。從接近該產品技術標準規(guī)定額定值的溫度應力開始，逐步提高溫度應力或按溫度

應力分組，來確定最高溫度應力和最低溫度應力水平。

最高和最低溫度應力水平因LED種類而異，為縮短試驗時間,溫度應力應盡量高些，但最高應力水

平不得大于該產品的結構材料、制造工藝所能承受的極限應力，以免帶進新的失效機理。

4.3.2溫度應力間隔的確定

當溫度應力多于3個時，最低溫度應力T1和最高溫度應力Ti之間插入的溫度應力T2、T3…應適當

分散，為保證試驗的準確性，須選擇合適的中間溫度應力間隔。可參照GB/T2689.1－1981中4.3的

公式選取。

1/T2=1/T1-Δ；1/T3=1/T1-2Δ………………(2)

式中：Δ=（1/T1-1/Tk）/(k-1)，k為溫度應力水平的個數(shù)。

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DB13/T1323—2010

4.4測量參數(shù)

4.4.1應測量的參數(shù)

應測量的主要參數(shù)為光通量（或光功率），其它參數(shù)為熱阻、正向電壓。

測量方法及要求應符合SJ/T11394-2009中的相關規(guī)定。經過加速應力的試驗樣品在測試前，應

在正常的大氣條件下恢復2小時～4小時。

對于實時監(jiān)控的自動測量系統(tǒng)，應事先對每個參試的器件測定光功率的溫度系數(shù)，以便給出室溫

下的數(shù)據(jù)處理結果。為保證測量的重復性，應使LED環(huán)境溫度恒定在室溫（25±2℃）下進行測量。

4.4.2測試間隔

測試間隔時間的長短與施加應力的大小有關，在沒有自動記錄的試驗中，具體產品測試間隔時間

的選擇，可通過摸底試驗來確定。施加應力小，則測試間隔長；施加應力大，則測試間隔短。每個結

溫應力水平下的樣品參數(shù)測試不得少于5次，給出的相應測試點數(shù)m不應少于5個（m≥5）。

4.5試驗截止和樣品失效

4.5.1截止時間的確定

試驗截止時間的長短必須保證LED的初始光通量（或光功率）產生足夠的退化，為減少試驗數(shù)據(jù)

的誤差，在單只樣品的多個測試數(shù)據(jù)中，測試的第一個數(shù)據(jù)點的退化量應大于儀器誤差。用單只樣品

的多個測試數(shù)據(jù)點在概率紙上描點劃線或運用計算機進行線性擬合，選取偏離直線最小且光輸出衰減

較大的試驗數(shù)據(jù)點，該測試數(shù)據(jù)點的累計工作時間即為試驗截止時間。

4.5.2樣品失效數(shù)

一般情況下,每組試驗的失效數(shù)r應≥30％ni；當樣品數(shù)量少于13時，失效數(shù)應不少于4。非產品

本身的原因所造成的失效樣品，不應計入投試樣品數(shù)ni內。

5試驗步驟

5.1器件老化

對檢驗批的器件進行老化，老化條件由試驗廠家規(guī)定。

5.2摸底試驗

采用分組恒定應力或步進應力的方法確定試驗溫度的最低值和最高值并計算溫度應力間隔。

5.3分組

按4.2.1抽樣，按4.3確定應力間隔并分組。

5.4初始測試

按4.4.1進行初測。

5.5中間測試

按設定的時間間隔進行測試。對于實時監(jiān)控的試驗系統(tǒng)，可預先設定測試間隔時間，獲取試驗數(shù)據(jù)。

5.6加電試驗

將每個分組的樣品同時施加規(guī)定的溫度、電壓和電流，使LED器件處于正常發(fā)光工作狀態(tài)。

3

DB13/T1323—2010

6試驗數(shù)據(jù)的處理

6.1功率（光通量、光功率）

當LED器件產品處于緩慢退化的模式時，輸出功率隨工作時間的變化用指數(shù)函數(shù)表示為

………………（3）

Pt=P0exp(-βt)

式中:

P0——初始光通量(或光功率)；

P加溫加電后對應某一工作時間的光通量（或光功率）；

t－－

β――某一結溫下的退化系數(shù)；

t――某一結溫下的工作時間。

退化系數(shù)與溫度應力結溫之間的關系可用阿侖尼斯（Arrhenius）方程即公式（4）表示為：

………………（4）

β=IFβ0exp(-Ea/KTj)

式中：

IF――工作電流；

β0――常數(shù)；

――激活能；

Ea

-5

K――波耳茲曼常數(shù)(8.62×10eV)；

Tj――結溫（絕對溫度）。

6.2失效判據(jù)

根據(jù)不同應用要求，若Pt/P0=C，則取C＝50％或C＝70％作為失效判據(jù)。在試驗中也可根據(jù)具體情

況，將C取為大于70％的加嚴值，其平均壽命用Lc表示。

6.3結溫

小功率LED器件產品結溫可按公式（5）求得：

………………（5）

Tj=Ta+VFIFRj-a

功率型LED器件產品的結溫可按公式（6）求得：

…………（6）

Tj=Ta+（VFIF－Pφ）(Rj-c+Rc-h+Rh-a)

式中:

Ta――環(huán)境溫度（烘箱溫度為環(huán)境溫度）；

――正向電壓；

VF

Pφ――輸出光功率，較小時可以忽略不計；

Rj-c――結到殼的熱阻；

Rc-h――殼到熱沉的熱阻，當Rc-h在最佳情況下，計算時可以忽略不計；

Rh-a――熱沉到環(huán)境的熱阻，其數(shù)值與熱沉的材質、形狀、尺寸、安裝方向有關。

4

DB13/T1323—2010

根據(jù)熱阻、正向電壓、正向電流和環(huán)境溫度由公式（5）或（6）求出結溫Tj,i及其相關試驗數(shù)據(jù)。

6.4不同試驗溫度下的加速試驗壽命

通過公式（3）和不同加速環(huán)境溫度Ta,i下的試驗數(shù)據(jù)(Pt,i、ti)，代入失效判據(jù)數(shù)值C，可以導出

該試驗環(huán)境溫度下的加速平均壽命Lc,i。

lnC

L=tc,ii………………（7）

lnPt,iP0,i

式中：

i－－不同的試驗環(huán)境溫度的應力水平，可取為1、2、…r；

通過公式（7）計算某一應力溫度下的加速壽命時，可有以下2種方式：

a）若光功率的初始值一直下降，如圖1所示，則加速壽命為Lc,i＝T，則可直接用公式（7）求得。

圖1某一結溫下光功率的初始值一直處于下降時的加速壽命示意圖

b）若光功率出現(xiàn)先上升再下降的情況，如圖2所示，則加速壽命為

Lc,i＝T1＋（T2－T1）＝T2………………（8）

其中光功率下降到初始值P0的試驗時間為T1，用公式（7）求得的壽命為T2－T1，再由公式（8）得到試

驗壽命Lc,i。

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DB13/T1323—2010

圖2某一結溫下光功率出現(xiàn)先上升再下降時的加速壽命示意圖

6.5激活能

通過公式（3）、（4）、（5）或（6）、（7）求出激活能Ea

Lc,(i－1)11

E=Klna－…………（9）

LTc,ij,(i-1)Tj,i

式中：

Tj,(i-1)、Tj,i----不同試驗環(huán)境溫度下的結溫。

根據(jù)公式（9），用不同結溫下的加速試驗壽命分別計算激活能。

Tj,iLc,iEa

7結果的計算

正常工作環(huán)境溫度(Ta＝25℃)下的平均壽命Lc,0可通過公式（3）、（4）、（5）或（6）、（7）求得

Ea11

L=Lexp(c0，c,i－)………………（10）

KTj0，Tj,i

式中：

Lc,0為工作環(huán)境溫度（25℃）下的平均工作壽命；

Tj,0為工作環(huán)境溫度下的結溫。

根據(jù)公式（10）計算正常工作環(huán)境溫度（25℃）或其它工作環(huán)境溫度下的平均工作壽命L0.5或L0.7。

其失效判據(jù)為50％或70％。

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DB13/T1323—2010

前言

本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標準由石家莊市質量技術監(jiān)督局提出。

本標準起草單位：中國電子科技集團公司第十三研究所、國家半導體器件質量監(jiān)督檢驗中心、石家

莊市森田電子通信有限公司。

本標準主要起草人：崔波、張萬生、趙敏、徐立生、張宏繁。

I

DB13/T1321—2010

附錄A

（規(guī)范性附錄）

贊皇大棗地理標志產品保護范圍圖

志產品保護范圍圖