DB13-T1323-2010LED加速壽命試驗(yàn)方法

ICS13.020.60

L04

DB13

河北省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB13/T1323—2010

LED加速壽命試驗(yàn)方法

LED’sacceleratedlifetestmethod

DB13/T1323—2010

LED加速壽命試驗(yàn)方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了LED加速壽命試驗(yàn)的定義、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、結(jié)果的計(jì)算。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種可見(jiàn)和非可見(jiàn)單色光LED器件產(chǎn)品光輸出功率緩慢退化失效模式的LED加速壽

命試驗(yàn)。對(duì)于不考慮色溫漂移的白光LED器件產(chǎn)品，可以參照本標(biāo)準(zhǔn)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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(yīng)力壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)方法總則

GB/T2689.2－1981壽命試驗(yàn)和加速壽命的圖估法（用于威布爾分布）

SJ/T11394-2009半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法

3定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

LED產(chǎn)品壽命lifetimeofLEDproduct

LED產(chǎn)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(shí)

的工作時(shí)間。

注：它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)值，在掌握了一批產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)規(guī)律后，可以得到其中某一個(gè)產(chǎn)品壽命小于某一數(shù)值的概率，或

產(chǎn)品的壽命在某一范圍之內(nèi)的概率。

3.2

平均壽命averagelifetime

平均壽命是LED產(chǎn)品壽命的平均值，對(duì)于不可維修的（LED）產(chǎn)品，常用“失效前的平均工作時(shí)間”

（MTTF）來(lái)表示，其意義是LED產(chǎn)品失效前的工作時(shí)間的平均值（數(shù)學(xué)期望值）。

4試驗(yàn)準(zhǔn)備

4.1測(cè)試儀器和設(shè)備

測(cè)試儀器和設(shè)備主要有：LED色、光、電測(cè)試系統(tǒng)、熱阻測(cè)試儀、烘箱或可實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量的LED

加速壽命試驗(yàn)系統(tǒng)。

4.2樣品

1

DB13/T1323—2010

4.2.1抽樣

樣品試驗(yàn)前必須經(jīng)過(guò)老化以剔除早期失效。針對(duì)某一型號(hào)的產(chǎn)品，從經(jīng)過(guò)老化篩選和質(zhì)量一致性檢

驗(yàn)合格的母體中一次隨機(jī)抽取試驗(yàn)樣品。

4.2.2樣品數(shù)量

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

加速壽命試驗(yàn)所需的樣品數(shù)量是各個(gè)壽命試驗(yàn)組的樣品數(shù)之和。

若加速應(yīng)力水平選取i個(gè)溫度應(yīng)力T1、T2……Ti,則有i個(gè)壽命試驗(yàn)組，所需樣品總數(shù)按式（1）計(jì)

算：

n=n1+n2+……+ni………………（1）

式中：

n——加速壽命試驗(yàn)所需樣品總數(shù)；

n1————溫度應(yīng)力Ti的試驗(yàn)組所需的試驗(yàn)樣品數(shù)；

n2————溫度應(yīng)力T2的試驗(yàn)組所需的試驗(yàn)樣品數(shù)；

ni————溫度應(yīng)力Ti的試驗(yàn)組所需的試驗(yàn)樣品數(shù)。

每組試驗(yàn)的樣品數(shù)ni可以相等，也可不相等。對(duì)于各組試驗(yàn)樣品不相等的加速試驗(yàn)，一般低應(yīng)力

組的試驗(yàn)樣品數(shù)應(yīng)高于高應(yīng)力組的試驗(yàn)樣品數(shù)。一般每個(gè)應(yīng)力水平下的樣品數(shù)量：小功率LED產(chǎn)品不

少于10只(ni≥10)，功率型LED產(chǎn)品不少于5只(ni≥5)。樣品數(shù)越多，得到的試驗(yàn)結(jié)果越接近實(shí)際壽

命值。

4.3溫度應(yīng)力

4.3.1溫度應(yīng)力的確定

一個(gè)完整的加速壽命其結(jié)溫應(yīng)力Tj,i的數(shù)目應(yīng)不少于3個(gè)（i≥3）。采用同一型號(hào)的產(chǎn)品，從經(jīng)過(guò)老

化篩選和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)合格的母體中一次隨機(jī)抽取試驗(yàn)樣品，數(shù)量不少于5只?？刹捎貌竭M(jìn)應(yīng)力或恒

定應(yīng)力進(jìn)行摸底試驗(yàn)。從接近該產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定值的溫度應(yīng)力開(kāi)始，逐步提高溫度應(yīng)力或按溫度

應(yīng)力分組，來(lái)確定最高溫度應(yīng)力和最低溫度應(yīng)力水平。

最高和最低溫度應(yīng)力水平因LED種類而異，為縮短試驗(yàn)時(shí)間,溫度應(yīng)力應(yīng)盡量高些，但最高應(yīng)力水

平不得大于該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)材料、制造工藝所能承受的極限應(yīng)力，以免帶進(jìn)新的失效機(jī)理。

4.3.2溫度應(yīng)力間隔的確定

當(dāng)溫度應(yīng)力多于3個(gè)時(shí)，最低溫度應(yīng)力T1和最高溫度應(yīng)力Ti之間插入的溫度應(yīng)力T2、T3…應(yīng)適當(dāng)

分散，為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，須選擇合適的中間溫度應(yīng)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(yīng)力水平的個(gè)數(shù)。

2

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4.4測(cè)量參數(shù)

4.4.1應(yīng)測(cè)量的參數(shù)

應(yīng)測(cè)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(cè)量方法及要求應(yīng)符合SJ/T11394-2009中的相關(guān)規(guī)定。經(jīng)過(guò)加速應(yīng)力的試驗(yàn)樣品在測(cè)試前，應(yīng)

在正常的大氣條件下恢復(fù)2小時(shí)～4小時(shí)。

對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)控的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)事先對(duì)每個(gè)參試的器件測(cè)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(jié)果。為保證測(cè)量的重復(fù)性，應(yīng)使LED環(huán)境溫度恒定在室溫（25±2℃）下進(jìn)行測(cè)量。

4.4.2測(cè)試間隔

測(cè)試間隔時(shí)間的長(zhǎng)短與施加應(yīng)力的大小有關(guān)，在沒(méi)有自動(dòng)記錄的試驗(yàn)中，具體產(chǎn)品測(cè)試間隔時(shí)間

的選擇，可通過(guò)摸底試驗(yàn)來(lái)確定。施加應(yīng)力小，則測(cè)試間隔長(zhǎng)；施加應(yīng)力大，則測(cè)試間隔短。每個(gè)結(jié)

溫應(yīng)力水平下的樣品參數(shù)測(cè)試不得少于5次，給出的相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)數(shù)m不應(yīng)少于5個(gè)（m≥5）。

4.5試驗(yàn)截止和樣品失效

4.5.1截止時(shí)間的確定

試驗(yàn)截止時(shí)間的長(zhǎng)短必須保證LED的初始光通量（或光功率）產(chǎn)生足夠的退化，為減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)

的誤差，在單只樣品的多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)中，測(cè)試的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的退化量應(yīng)大于儀器誤差。用單只樣品

的多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)在概率紙上描點(diǎn)劃線或運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行線性擬合，選取偏離直線最小且光輸出衰減

較大的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，該測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)的累計(jì)工作時(shí)間即為試驗(yàn)截止時(shí)間。

4.5.2樣品失效數(shù)

一般情況下,每組試驗(yàn)的失效數(shù)r應(yīng)≥30％ni；當(dāng)樣品數(shù)量少于13時(shí)，失效數(shù)應(yīng)不少于4。非產(chǎn)品

本身的原因所造成的失效樣品，不應(yīng)計(jì)入投試樣品數(shù)ni內(nèi)。

5試驗(yàn)步驟

5.1器件老化

對(duì)檢驗(yàn)批的器件進(jìn)行老化，老化條件由試驗(yàn)廠家規(guī)定。

5.2摸底試驗(yàn)

采用分組恒定應(yīng)力或步進(jìn)應(yīng)力的方法確定試驗(yàn)溫度的最低值和最高值并計(jì)算溫度應(yīng)力間隔。

5.3分組

按4.2.1抽樣，按4.3確定應(yīng)力間隔并分組。

5.4初始測(cè)試

按4.4.1進(jìn)行初測(cè)。

5.5中間測(cè)試

按設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)控的試驗(yàn)系統(tǒng)，可預(yù)先設(shè)定測(cè)試間隔時(shí)間，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.6加電試驗(yàn)

將每個(gè)分組的樣品同時(shí)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)。

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6試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

6.1功率（光通量、光功率）

當(dāng)LED器件產(chǎn)品處于緩慢退化的模式時(shí)，輸出功率隨工作時(shí)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(duì)應(yīng)某一工作時(shí)間的光通量（或光功率）；

t－－

β――某一結(jié)溫下的退化系數(shù)；

t――某一結(jié)溫下的工作時(shí)間。

退化系數(shù)與溫度應(yīng)力結(jié)溫之間的關(guān)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(jié)溫（絕對(duì)溫度）。

6.2失效判據(jù)

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

況，將C取為大于70％的加嚴(yán)值，其平均壽命用Lc表示。

6.3結(jié)溫

小功率LED器件產(chǎn)品結(jié)溫可按公式（5）求得：

………………（5）

Tj=Ta+VFIFRj-a

功率型LED器件產(chǎn)品的結(jié)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(shí)可以忽略不計(jì)；

Rj-c――結(jié)到殼的熱阻；

Rc-h――殼到熱沉的熱阻，當(dāng)Rc-h在最佳情況下，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；

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

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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(jié)溫Tj,i及其相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6.4不同試驗(yàn)溫度下的加速試驗(yàn)壽命

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

該試驗(yàn)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(yàn)環(huán)境溫度的應(yīng)力水平，可取為1、2、…r；

通過(guò)公式（7）計(jì)算某一應(yīng)力溫度下的加速壽命時(shí)，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L(zhǎng)c,i＝T，則可直接用公式（7）求得。

圖1某一結(jié)溫下光功率的初始值一直處于下降時(shí)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(yàn)時(shí)間為T1，用公式（7）求得的壽命為T2－T1，再由公式（8）得到試

驗(yàn)壽命Lc,i。

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DB13/T1323—2010

圖2某一結(jié)溫下光功率出現(xiàn)先上升再下降時(shí)的加速壽命示意圖

6.5激活能

通過(guò)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(yàn)環(huán)境溫度下的結(jié)溫。

根據(jù)公式（9），用不同結(jié)溫下的加速試驗(yàn)壽命分別計(jì)算激活能。

Tj,iLc,iEa

7結(jié)果的計(jì)算

正常工作環(huán)境溫度(Ta＝25℃)下的平均壽命Lc,0可通過(guò)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(jié)溫。

根據(jù)公式（10）計(jì)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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前言

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)由石家莊市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局提出。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所、國(guó)家半導(dǎo)體器件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、石家

莊市森田電子通信有限公司。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：崔波、張萬(wàn)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(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)范圍圖

志產(chǎn)品保護(hù)范圍圖