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      LED的壽命試驗方法

      2018-07-04

      LED的壽命試驗方法

      中電科技集團第十三研究所 張萬生 趙敏

      國家半導體器件質量監督檢驗中心 徐立生

      2.適用范圍

      3.定義

      4.樣品及試驗應力

      5.失效判據

      6.參數測試失效時間和失效數的確定

      7.數據處理方法

      8.試驗案例

      9.加速模型檢驗

      10.討論

      11.結語

      平均壽命是電子元器件最常用的可靠性參數,發光二極管的平均壽命一般以光通量(光 功率)的衰減值作為單一失效判據來獲取試驗數據,這時采用本標準給出的一種可縮短試 驗時間獲取試驗數據的方法和比較簡易的數據處理程序(簡稱退化系數外推解析法)。當 白光LED需要考慮色溫漂移時,以色溫漂移為單一判據的白光LED或同時考慮色溫漂移和 光通量衰減具有2失效判據的白光LED,采用常截尾法獲取試驗數據,采 用已有國家標準壽命試驗和加速壽命的簡單無偏估計法(GB 2689.381)、壽 命試驗和加速壽命的最好線無偏估計法(GB 2689.481)來進行數據處理,然而這 種情況則需要較的試驗時間,而且數據處理的方法比較復雜。 因此我們在制定“LED壽命試驗方法”的標準為2個階段:

      (1)以光通量(光功率)的衰減值作為單一失效判據來獲取試驗數據,采用退化系數外推 解析法處理試驗數據(可采用GB 2689.381 )。這一部分適單色光和考慮色 溫漂移的白光LED成熟,現已形成標準申報實用。

      (2)當白光LED需要考慮色溫漂移時,失效判據數據處理方法我們正 研究之中。 待成熟時,采用無偏估計的方法單獨形成另一標準。

      3

      1 適用范圍

      本標準規定了求取LED(以下簡稱產品)平均壽命的恒定應力加速壽命試驗的數據獲 取和數據處理方法。它適用于各種單色光LED光輸出和不考慮色溫變化白光LED 的慢 退化模式。

      2 引用文件

      GB 2689.1-81 恒定應力壽命試驗和加速壽命試驗方法總則

      GB 2689.2-81  壽命試驗和加速壽命試驗的圖估計法(用于威布爾分布)

      GB 2689.3-81 壽命試驗和加速壽命試驗的簡單線性無偏估計法(用于威布爾分布) GB 2689.4-81 壽命試驗和加速壽命試驗的**線性無偏估計法(用于威布爾分布) GB/T 4589.1 -2006 分立器件和集成電路總規范

      SJ/T 2355-2006 半導體發光器件測試方法

      3 定義

      3.1 LED產品壽命 LED產品壽命是在規定的工作電流和環境溫度下,光輸出下降到規 定數值的工作時間,它是一個隨機變量,在掌握了一批產品的統 計規律后,可以得到其中某一個產品壽命小于某一數值的概率。

      3.2平均壽命 平均壽命是LED產品壽命的平均值,對于不可維修的LED產品,通 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(數學期望值)。

      4 樣品

      4.1抽樣

      試驗的樣品必須選擇同設計產品型號具有代表性的規格,在經過老篩選量一合格批母體中次隨機抽取。通過老篩選剔除快退 化和突失效器件。

      4.2樣品數量

      應力水平下的小功率樣品數量10,功率型產品不5只。

      5 試驗應力

      一般情況下,一完整的加速壽命試驗應力水平應3。為了保證試 驗的準確性,**應力和**應力間應較大的間隔。其中應力水平應 接近產品技術標準中規定的額。**應力水平得大產品的 結構材料、制造工藝所內承受的極限應力,以免帶新的失效理。

      6

      6 失效判據

      6.1光通量(光功率)的衰減 對單色光LED白光LED(考慮色溫時)可根據不同應用要求,取光通量衰 減到初始值的50%70%作為失效判據。還可根據具體情況,取大70%的嚴 值。

      6.2 色溫漂移《見13.5(2)》

      7.1 試驗應測量的主要參數為光通量(光功率)、色溫(色坐標),它 參數為熱阻、 向電壓、色容差等。測量方法要求應符SJ/T 23552006 的相關規定。

      7.2 測試環境、測試儀器測試備的要求應符合產品技術標準的規定。

      7.3 自動記錄的試驗,具體產品測試間隔時間的選擇,可通摸底試 驗來確。測試間隔時間的短與施應力的大小關,施應力小,測 試間隔;施應力大,測試間隔短。個加速應力水平下的壽命試驗的 測試數據點數m應少5m5)。 7.4自動記錄的試驗取出樣品進行測試到再投入樣品繼續進行試驗 的時間一般應超24小時。

      7.5 試驗,每測試均應使用一測試儀器和工,如必須更換時,則 必須經過計量,以便保證測試精度。

      8

      失效時間和失效數的確定

      8 失效時間和失效數的確定

      8.1 有自動實時記錄裝置的,以自動記錄到的時間計算。

      8.2  對于以光通量衰減作為單一失效判據

      8.2.1 通過光通量衰減系數計算某一產品的試驗截止時間和某一結溫下的工作壽命(簡 稱退化系數外推解析法),按不同應用要求,取光通量衰減到初始值的50%或70

      %作為失效判據。計算公式如下:

      Pt = P0 exp(-βt) <8.2-1>

      式中:P0為初始光通量(或光功率);Pt為加溫加電后對應某一工作時間的光通量

      (或光功率);β為某一結溫下的退化系數;t為某一產品的試驗截止時間。

      Lc,i =ti


      lnC


      <8.2-2>

      ln Pt,i


      P0,i

      式中:i為不同的試驗環境溫度的應力水平,可取為1、2、…r;Lc,i為某一結溫下的

      工作壽命,C= Pt/ P0 ;

      8.2.2 試驗截止時間必須保證LED的初始光通量(或光功率)產生足夠的退化,為

      減少試驗數據的誤差,第一個數據點的退化量應大于儀器測量誤差,可以采用 圖估法(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、光輸出衰減較大的試驗數據點,該數據點的累計時間即為試驗截止時間, 通過公式<8.2-2>計算給定結溫下的失效時間(工作壽命Lc,i),這樣可以縮短 試驗時間。

      8.2.3通某一產品光通量退化系數和試驗止時間外推某一結溫下的加速壽命時, 可以下2種方式

      (1)若光功率的初始值一直下降,如圖8.21所示,則加速壽命為Lc,i= T,可直 接用退化系數外推求得。

      圖8.2-1 光功率的初始 值一直處于下降時的加 速壽命示意圖

      (2)若光功率出先上升再下降的情況,如圖7.22所示,則加速壽命為

      Lc,i= T1+(T2T1 <8.2-3>

      其中 光功率下降到初始值P0的試驗時間為T1,用退化系數外推法求得的壽命為T2

      T1。

      圖8.2-2 光功率出現先上升再 下降時的加速壽命示意圖

      8.3 對色溫漂移單一失效判據的白光LED或具有光通量衰減和色溫漂移2失效判據的白光LED,則產品試驗到失效時方可止, 試驗止時間即為失效 時間(加速壽命),這就需要較的試驗時間。

      8.4 試驗采用截尾,一般情況下,試驗截尾時間應使失效數r于或投試 樣品n 30%,當失效數法達到30%n時,至少r4。試驗產品 本身原所造的失效入失效數內。

      11

      9 數據處理方法


      數據處理方法

      光通量衰減作為單一失效判據采用退化系數外推解析法

      9.1.溫度應力加速退化系數與結溫間的關系用阿侖尼斯(Arrhenius)方程

      β= IFβ0exp(-Ea/k Tj) <9.1-1>

      IF為工作電流,β0為常數;Ea為激活能;k為波耳茲曼常數(8.62×10-5ev);Tj

      為結溫(**溫度)。 9.2 結溫 結溫可按以下公式求得

      小功率LED Tj= Ta + VFIF Rj-a <9.1-2>

      功率LED Tj= Ta +( VFIFPt )(Rj-c  + Rc-h + Rh-a) <9.1-3>

      : Ta為環境溫度(本試驗的烘箱溫度為環境溫度); VF為向電壓;輸出 功率Pt較小時可以忽略不計。 Rj-c為結到殼的熱阻;Rc-h為殼到熱沉的熱阻, 當Rc-h**情況下,算時可以忽略不計;Rh-a為熱沉到環境的熱阻

      9.3 激活能

      公式<8.2-1>、<9.2-1>、 <9.2-2>求出激活能Ea

      E = K ln


      1 1


      <9.3-1>

      Tj,(i-1) Tj,i

      中:Tj,(i-1)、Tj,i 不同試驗環境溫度下的結溫。

      9.4常工作環境溫度(Ta=25℃)下的平均壽命Lc,0

      公式<9.3-1>求得

      a

      c,0 c,i


      1  1  )


      <9.4-1>

      K Tj,0 Tj,i

      Lc,0為工作環境溫度(25℃)下的平均工作壽命;Tj,0 為某一工作環境溫度下的

      結溫。

      image1.png

      10試驗數據處理結果有效性的判斷

      可按GB 2689.281采用圖加速和判斷失效數據的取舍是否 恰當。

      11試驗報告 試驗告應包括以下內容a.試驗目的

      b.失效判據 c.試驗樣品及應力的選擇和試驗說明 d.試驗和測試備的名稱、型號及精度 e.試驗數據的處理平均壽命算 f.試驗的驗證失效

      g.試驗結論

      12.1 樣品

      投試樣品為十三所研制的F008功率LED,采用大陸某廠早期生的1

      ㎜×1㎜硅載倒裝芯片封裝,結構如圖9.1所示??紤]到器件要高溫 下試驗,可耐受較高的溫度應力,芯片與管殼底盤采用高溫焊料共晶焊連 接,熒光粉用硅膠調配,用硅膠灌封,由硅膠自然形成的拱球面取 玻璃透鏡PC樹脂透鏡,以防止層”引起的光衰,所封裝材料 均可承受高達200℃的高溫。投試樣品經過驗和全部加電(溫)篩選。 試驗環境溫度為3應力組,別為165℃、175℃、185℃,每組的試驗 樣品均為5支(ni=5),失效數為5支(ri=5)。試驗樣品均帶尺寸較大的 銅熱沉,如圖9.2所示,以使熱沉至環境具有較低的熱阻。參數測試按8.1、 8.2、8.3、8.4。

      圖12-1 F008型功率型LED結構示意 圖


      12-2 帶有熱沉的F008型功率型

      LED

      12.2 試驗數據獲取和處理

      12.2.1不同環境溫度Ta,i下165℃、175℃、185℃的試驗數據ti和Pt,i,由公式

      <8.2-1>、 <8.2-2>算退化系數βi,得到試驗壽命Lc,i(如10.2.1-1、表 10.2.1-2、表10.2.1-3 所示)。

      初始功率
      P0 (lm)
      電180小時衰退系數加速壽命
      Pt (lm)β165t165(h)
      SA-131.5925.271.24╳10-3560
      SA-233.8426.391.38╳10-3502
      SA-331.0525.481.10╳10-3628
      SA-434.3226.081.52╳10-3455
      SA-531.5724.961.31╳10-3529
      平均值///535
      初始功率
      P0 (lm)
      電180小時衰退系數加速工作壽命
      Pt (lm)β175t175(h)
      SA-631.8924.551.45╳10-3484
      SA-730.9822.711.75╳10-3405
      SA-831.7323.161.70╳10-3396
      SA-933.2123.681.90╳10-3369
      SA-1032.1924.461.52╳10-3455
      平均值///422

      image1.png

      初始功率
      P0 (lm)
      電120小 時衰退系數加速壽命
      Pt (lm)β185t185(h)
      SA-1133.0326.091.96╳10-3353
      SA-1230.1221.692.74╳10-3253
      SA-1332.5224.392.40╳10-3289
      SA-1434.4228.221.65╳10-3419
      SA-1532.6526.872.07╳10-3357
      平均值///334

      image1.png

      12.2.2根據熱阻、正向電壓、正向電流為350 mA和環境溫度由公式<9.2-2>、求出結溫及其

      相關試驗數據(如10.2-4.所示)。 由<9.3-1>、<9.41>算激活能和平均壽命。

      表12-4. 結溫及其相關試驗數據

      管號 穩態 熱阻1) (K/W)結溫(K)及正向電壓 (V)
      Vf25 (V)T 2 j25Vf165 (V)Tj165Vf175 (V)Tj175Vf185 (V)Tj185
      SA-114.773.493316.063.201454.553.181464.443.163474.35
      SA-215.833.523317.523.229455.893.211465.793.192475.69
      SA-313.983.495315.103.202453.673.179463.553.161473.47
      SA-416.763.546318.803.248457.053.229466.943.213476.85
      SA-515.463.515317.023.221455.433.201465.323.184475.23
      SA-614.313.497315.513.202454.043.182463.943.162473.84
      SA-715.783.514317.413.217455.773.197465.663.185475.59
      SA-815.983.526317.723.229456.063.212465.963.193475.86
      SA-916.243.531318.073.237456.403.223466.323.203476.21
      SA-1014.923.503316.293.212454.773.187464.643.177474.59
      SA-1114.443.504315.713.243454.393.223464.293.205474.20
      SA-1216.753.531318.703.248457.043.227466.923.214476.84
      SA-1316.023.524317.763.236456.143.214466.023.196475.92
      SA-1414.123.496315.283.203453.833.181463.723.165473.64
      SA-1515.563.519317.163.221455.543.202465.443.184475.34
      均值15.393.514316.933.223455.363.203465.253.190475.18

      12-5激活能的計算結果及其相關數據

      結溫 (K)加速壽命(h)激活 能(ev)
      Tj165Tj175Tj185t165t175t185E t165/ t175E t175/ t185E t165/ t185均值
      455.36465.25475.185354223340.440.450.440.44

        12-6正常環境溫度(25℃)失效判據為50%的平均壽命及其相關數據

      結溫
      (K)
      激活 能(ev)加速壽命
      (h)
      正常環境溫度1(Ta=25℃) 的平均壽命(╳104 h)
      Tj25Tj165Tj175Tj185Eat16
      5
      t17
      5
      t18
      5
      t165t175t185平均 值
      316.9
      3
      455.3
      6
      465.2
      5
      475.1
      8
      0.445354223347157171645713167.15

      1)不同工作環境溫度下的平均壽命別為

      Ta=45℃(Tj=64℃), L0.5,45=2.75╳104 h; Ta=65℃(Tj=84℃), L0.5,65=1.18╳104

      h

      Ta=85℃(Tj=104℃), L0.5,85=5508h;

      12.3 加速型檢驗退化系數與溫度的關系

      圖12-3 退化系數與溫度的關系曲線


      的驗證通公式<9.1-1>驗

      證的關系曲。單對數坐標紙

      上,以溫度為橫坐標軸,退化系 數為縱坐標軸,用<12-1>、

      <12-2>、<12-3>的相 關試驗數據(165℃、175℃、 185℃和對應的平均退化系數

      1.31×10-3、1.66×10-3、

      2.16×10-3))進行描點劃,如 圖9.31所示,數據點呈為一

      條直。則表退化系數與溫 度的關系符阿倫尼斯模,試 驗結果效。

      12.4威布爾 圖估驗證 加速壽命試驗用概率紙圖試驗結果直觀象,一般用監視和驗證試驗程是 否出異常象。我們從威布爾布圖法(GB 2689.281 )驗證的案例結果可

      以看出

      (1 )由狀參數m可以看失效模式。(當m<1時 為早期失效;m=1為偶失效工 作期,時失效率接近常數,樣品的壽命布為指數布)m1為磨損失效 期,本案例m=6.64)。高溫(165℃185℃)下LED器件的芯片會加速退化, 而且封裝材料加速老化,使透光性能變差,表現為光功率的加速衰退,這是 本案例的工作壽命入到磨損失效期m值較大的主要原。

      (2)不同溫度下的LED壽命數據點的布符威布爾布,即使在產品很少的取 數下(n=5),數據點威布爾概率紙上均能夠呈性擬。

      (3)LED器件的失效雖受多種隨機變量的影響,這些變量包括電、熱失效理的 芯片和熱失效理的封裝材料,由它的多重影響,概率紙上能夠呈預期的威布爾布。。

      12.5 用對數正態分布圖估法對求取LED平均壽命驗證 對數正態分布能夠較好的反映半導體器件的失效規律11),在半導體器件可靠性試 驗中已得到了廣泛的應用,但平均壽命計算比較復雜,一般采用圖估法估計用于驗證; 用常規的對數正態分布圖估法要用到對數正態概率紙和單對數坐標紙。使用對數正 態分布概率紙可以分別得到在不同溫度應力條件下各壽命試驗的壽命分布,使用單 對數坐標紙可得到加速壽命曲線,由此在對數正態概率紙上估計出正常溫度應力水 平條件下的壽命分布。

      ? 繪制不同溫度應力下的壽命分布曲線 在對數正態概率紙上繪制165℃、175℃、185℃三個溫度應力下的壽命分布曲線

      (1)作數據表:把165℃、175℃、185℃試驗得到的失效時間(壽命)t165、t175、 t185 ,按時間從短到長的次序排列,如表9.3-1中失效時間T165,i 、T175,i 、T185,i 的一行數據;

      (2)計算累計失效百分比F(ti ):由于n≤20,故需查“中位秩表” 17)(見附錄表1)得 到,如表9.3-1中F(t)行的數值;

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      次序號i12345
      失 效 時 間
      T165,i (小時)
      455502529560628
      失 效 時 間
      T175,i (小時)
      369396405455484
      失 效 時 間
      T185,i (小時)
      253289335357419
      累計失效百 分比(%) F(t)12.931.45068.687.1

      image1.png

      (3)描點:對數布概率紙上用10.3.2-1的試驗數據描點。失效時間的 數值對數態概率紙的t 軸上取坐標值,累失效率的數值F(t)軸上取坐標 值,別繪出3試驗環境溫度165℃、175℃、185℃下的布曲L1、

      L2 、L3,如圖10.3.2-1所示近似地呈3條直,這些直就是該試驗樣品

      溫度應力下的對數布。如果,認為是對數布。試驗環境溫度所對應的結溫別由公式<9.2-1>、<9.2-2>算,采用9.2- 4列出的結溫數據。

      (4)估計中位壽命 (0. 5) :其足標“i”Ti溫度應力下的位壽命,t165(0.5)、 t175(0.5)、t185(0.5)別是溫度應力下累失效率為50%的時間,是可 靠度為50%的時間。圖紙的F(t)軸上,取F(t)=50%的坐標刻度,后由

      右引水平線分別與布直L1、L2 、L3相交,得交點,再由交點別下引垂與圖紙的t軸相交得到的3坐標刻度值即為估計位壽命t165(0.5)=530h、 t175(0.5)=420h、t185(0.5)=320h, 如圖10.3.2-1所示;

      (5)估計對數標準差?i:足標“i”Ti溫度應力下的標準差。圖紙的F(t)

      軸上取84% 的坐標刻度,由處右引水平線分別與布直L1、L2 、L3相 交,得交點,再由交點別下引垂與圖紙的失效時間t軸相交得到的3坐標 刻度值即為失效時間t165(0.84)=620h、t175(0.84)=520 h、t185(0.84)= 390h, 如圖10.3.2-1所示。

      圖1.加速壽命在三個溫度應力下的對數正態分布和t(0.5)、t(0.84)的圖估值

      對數標準差△i的數值按以下公式

      ??△i=㏒i0.84-㏒i0.5 <10.3.2-1>

      其中的對數是以10為底的對數;

      (6)列表:將得到的位壽命和對數標準差的數值列成表2;

      表10.3.2-2不同環境溫度下的中位壽命和對數標準差

      i

      環境溫度Ti(℃)25℃165℃175℃185℃
      結溫 Tj(K)316.93455.36465.25475.18
      中位壽命ti(0.5)
      (h)
      /530420320
      ㏒ti(0.5)/2.7242762.6232492.505150
      對數標準差 σi/0.0681060.0927540.085915
      1/Ti×10431.5521.960621.493821.0447

      ?繪制加速壽命曲單邊對數紙的對數坐標軸(縱軸)作為時間t軸,坐標橫軸作為**溫度T的倒數1

      /T的坐標軸,如圖10.3.2-2所示。

      (1)描點:由10.3.2-2,數據點T165、t165(0.5),T175、t175(0.5),T185、

      t185(0.5)依制在單邊對數紙上,如圖10.3.2-2所示,近似地呈為一條直。

      則將有兩種可能,一種是加速變量所遵從的阿倫尼斯模;一種可 能是該加速壽命試驗是真的“加速”;

      (2)配置直線:在此圖紙上數據點擬合成一條直,就是直化了的加 速壽命曲;

      (3)估計正常溫度應力T0(25℃)下的位壽命t0(0.5):在1/T軸上取1/ T0的坐標

      刻度,由處上引垂加速壽命直相交,再由交點左引水平與t軸相交,得

      到的刻度即為位壽命t0(0.5);由25℃時的1/T0= 31.7×104 ,得到t0(0.5)

      =7.0×104(小時),如圖10.3.2-2T0處箭頭的指

      圖9.3-2 對數正態分布的加速壽命曲線

      image1.png

      ?估計正常環境溫度應力T0(25℃)條件下的平均壽命

      (1)在正常溫度T0(25℃)條件下壽命布的對數標準差σ02的σi

      (i=1、2、…i),按公式<2>在正常溫度T0(25℃)條件下的壽命布的對數

      標準差σ0

      σ0=[1/(n1+n2+…ni)]×(n1-1+n2-2+ni-i) <10.3.2-2>

      σ0=(σ123)/3= 0.246775/3= 0.082258

      (2)求常環境溫度應力T0(25℃)條件下的平均壽命t0E平均壽命的算可用

      公式<3>

      tE =㏒-1[ ㏒(0.5)+1.151σ0


      ] <10.3.2-3>

      常環境溫度應力下(25℃)的平均壽命

      t0E=lg -1[lg t0(0.5)+1.151σ0 ]

      2

      -1 ×104)+1.151×(0.082258)2]

      = lg [lg (7.0

      = lg -1[4.84509+0.010217]

      = lg -1[4.855307]

      =7.17×104 (小時)

      在制定本標準的中我們進行了多項專題研究,包括芯片封裝前后壽命的 對比、導電銀漿粘結與共晶焊接的對比、高溫存儲與高溫電的對比、單一應 力變量(溫度)和多應力變量(電流、溫度)的對比以色溫漂移摸底等。試驗結果主要從以下幾方面以討論

      13.1 失效

      從失效理上看,LED裸芯片和封裝產品二者是。

      (1) LED裸芯片的退化除與溫度應力關外,還電應力的作用,主要是內缺陷和離子熱擴散和電遷移的物理效應, 熱擴散場和電漂移場存,屬 失效。 LED芯片的平均壽命高達數十萬小時以上,可承受的溫度應力大 200℃

      (2) 封裝材料(導電銀漿、熒光粉膠、環氧樹脂、硅膠等)的退化主要是與溫度

      關的化學作用, 屬從屬失效。封裝器件,平均壽命一般低10萬小時, 而且其耐受的溫度封裝材料很大差異遠低200 。 LED裸芯片與封裝器

      件的區別主要體現在激活能的數值不同;采用不同的高溫存儲可以得到封裝材 料的激活能。的強度。

      (3)對LED封裝產品選加速試驗應力時,可通高溫存儲試驗進行摸底可確 **試驗應力。對強度低的封裝材料,例如粘結芯片的導電銀漿、灌封的環 氧樹脂,只能采用較低的溫度應力,因而需要較的試驗時間,試驗時間會帶來較大的誤差。因此LED產品的壽命取決所用封裝材料,應力大超

      出所承受極限強度時會改變失效

      13.2 模型選擇

      LED器件加速壽命試驗溫度應力和電流(非溫度)應力存,可三 種模式:

      (1)溫度應力為單一變量 阿倫尼斯模,電流應力一般選定常工作的數值,通改變度應 力來實現加速老化。用阿倫尼斯模來處理加速壽命試驗數據,既簡單又便,而 且也能較的解釋試驗結果.半導器件的加速壽命試驗一般多為這種模式,

      被大陸的“半導器件立器件和集電路總范”(GB/T 4589.1-

      2006/IEC 60747-10:1991)所采用。

      以光通量緩慢退化的單一失效判據的試驗為例,阿倫尼斯模驗證可通單對數坐標紙上,以溫度為橫坐標軸,退化系數為縱坐標軸,相關試驗數據 和對應的平均退化系數,進行描點劃,數據點分分布呈為一條直,則 表明符阿倫尼斯模。

      (2)電流應力為單一變量

      LED電流為變量時,采用逆冪律模。 逆冪律模驗證可通法用對數布概率紙和雙對數坐標紙驗 證,看壽命布的數據點雙對數坐標紙上是否能夠擬為一條直,判斷電流加速變量所遵從的律是否符逆冪律模,以光通量緩慢退化

      的單一失效判據的試驗案例目前我們尚未得到理的驗證結果。際上, 時電流應力已不是單一變量,除電流應力外,還能忽略電流提高而產生的 結溫變化,因此采用逆冪律模不適合的。

      (3)溫度應力和電流應力均為變量

      當LED時考慮溫度應力和電流(非溫度)應力兩變量時,應采用愛林模 。由于不是單一變量,非溫度應力的存時考慮能量布和激活

      調整修正因子,因此數據處理比較復雜,這種情形很少用電子元器件 的加速壽命試驗,常用工程上的篩選。

      13..3 初始光功率 考慮到GaN基的LED高溫電的會出光功率先上升再下降的象, 美 ASSIST推薦的LED壽命試驗方法規定:樣品采用經過1000小時后的光功率作為初

      始光功率P0,主要是為了避免出異常的測試數據,這一規定考慮溫度應力

      大小,一律按1000小時,著溫度應力增大,較大的誤差。而我們是采 用大溫度應力的辦法,使光功率先上升、所求的加速工作壽命為上升再下降的 程時間縮短。再下降的光功率接近初始值所對應的時間與用退化系數外推的效工作時間和,這的誤差會比前者要小些。

      13.4 退化系數與試驗截止時間

      一般情況下,試驗截止時間可從LED的初始光輸出衰減的多個試驗數據點中來選 取,這些數據點具有一定的離散性,可以采用圖估法對退化系數進行估算。除在單 對數概率紙上描點劃線外,還可以運用計算機進行線性擬合(這樣可以避免人為因 素)。在擬合的直線上選取偏離直線最小、光輸出衰減量較大的試驗數據點,該數 據點的累計時間即為估算退化系數的試驗截止時間,如圖11.6-1所示,圖中SA- 14的試驗數據點列于表10.6-1,由圖可見,表中的10#數據點(1744小時,

      0.82)被選取,數據圖中還給出了擬合的直線方程和最小二乘擬合的相關系數。

      表13.4-1 SA-14藍光功率芯片的加速壽命試驗數據 165℃ 350mA

      序號#123456789101112
      h(小時)0168432600768936120013681536174418722040
      Pt/P010.830.930.870.850.800.820.830.800.820.830.83

      13.4-1運用計算機對試驗 數據點的線性擬合

      13.5 色溫漂移

      (1)色溫漂移與封裝材料密切相關 用熒光粉轉換的白光LED加速壽命試驗的器件,發試驗樣品著光功率 的衰退色溫均有或減的變化,圖13.5.-1示出了40只采用全硅膠封裝的功率 卻器件,125℃下加速試驗色溫變化的布。試驗結果部分器件呈為色溫下降,色溫變化率一般5%10%間,只有個別器件呈為色溫上 升,變化率也在5%10%間。我們把這種減的變化稱為色溫漂

      移。 然而采用環氧封裝的Φ5白光小功率白光LED,75℃下進行1000h高溫存 儲試驗,試驗結果色溫幾乎全為上升,上升幅度一般為5%30

      %,。 色溫漂移僅與封裝材料密切相關,而且與初始色溫也有關,初始色溫低,漂

      移小,初始色溫高,漂移大。

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      image13.png

      圖13-1加速壽命試驗中白光功率LED的色溫飄移

      (2)色溫漂移的失效判據

      當白光LED應用對色溫漂移特殊要求時,失效判據要考慮色溫漂 移,失效判據可用以下2種方式不同的色度參數數值來規定。

      。 能源星(ENERGY STAR)和美國國家照明標準工作組(ANSI) 按照白光LED技術和顏色對現有熒光燈色度標準以修正并重新檔,這些 CIE19311976色度圖以8四邊式出, 8四邊可以用色度坐標相關色溫來示,如圖132、表131 132所示, 白光LED按固標稱色規定失效判據,相關色溫色坐標的變化應落

      在規定的四邊形之內,若超出標稱固的四邊邊界為失效。為使白 光LED的色溫均能8四邊的區域內. 熒光燈的白光LED照明光 源,取熒光燈六種固標稱色所對應的6四邊,相當7步麥克 亞當橢圓范圍(色容差為7SDCM)。

      image14.jpeg

      圖13-2在 CIE1931色度圖中以8個四邊形的形式出現的白光LED色型

      表13-1. 以相關色溫CCT和DUV表示的

      8種白光LED色型

      表13-2 以色坐標表示的8種白光LED色型


      2700K3000K3500K4000K

      XYXYXYXY
      心點0.45780.41010.43380.40300.40730.39170.38180.3797
      四邊.0.48130.43190.45620.42600.42990.41650.40060.4044








      0.45620.42600.42990.41650.39960.40150.37360.3874
      頂點
      0.43730.38930.41470.38140.38890.36900.36700.3578

      0.45930.39940.43730.38930.41470.38140.38980.3716

      4500K5000K5700K6500K

      XYXYXYXY
      心點0.36110.36580.34470.35530.32870.34170.31230.3283
      四邊邊 界 頂點0.37360.36110.35510.37600.33760.36160.32050.3481
      0.35480.37360.33760.36160.32070.34620.30280.3304
      0.35120.34650.33660.33690.32220.32430.30680.3113
      0.36700.35780.35150.34870.33660.33690.32210.3261

      。 美ASSIST考慮色移時,效壽命的判據是指色溫漂移的色度坐標變化 初始色度坐標的四步馬克亞當(MacAdam)橢圓的范圍,相當色容差

      4SDCM。這數值應該是在合理的可感知色差的允許度內。在此我們取熒光燈 六種標稱色78步馬克亞當(MacAdam)橢圓的范圍(色容差為7SDCM)

      圖133馬克亞當(MacAdam)橢圓的加速 試驗色溫初始數據點示意圖


      圖134馬克亞當(MacAdam)橢圓的加速試 驗色溫漂移試驗數據點示意圖

      (3)以色溫漂移為單一失效判據的白光LED具有光通量衰減和色溫漂移2個 失效判據的白光LED,采用“最好線無偏估計法”(GB 2689.481)

      結語

      (1)本標準給出了一種縮短試驗時間求取LED平均壽命的方法,利用LED光功率緩慢 退化公式,由退化系數外推不同應力溫度下LED的失效時間(加速壽命),再用 數值解析法得到正常環境溫度應力下的LED平均壽命。此法不僅適用于所有單色 光LED,而且對以光功率衰減作為單一失效判據(不考慮色溫飄移)的白光LED也 適用。用威布爾分布和對數正態分布圖估法進行檢驗和驗證,在加速模型、失效 模式等方面未發現有異常。

      (2)當白光LED取代熒光燈的應用(對色溫漂移有特殊要求)時,不論是以色溫漂 移作為單一失效判據,還是同時具有光功率衰減和色溫漂移二個失效判據 ,則需 用較長的試驗時間,按照常規的定數截尾來獲取試驗數據。試驗數據的處理則采 用已有的國家標準:GB 2689.3-81 壽命試驗和加速壽命的簡單線性無偏估計法

      (用于威布爾分布)、GB 2689.4-81 壽命試驗和加速壽命的**線性無偏估計 法(用于威布爾分布)來求取白光LED的平均壽命.我們正在用威布爾分布圖估法 對色溫漂移的典型案例的失效模式進行試驗和驗證。

      1、S.Yamakoshi,O.Hasegawa,H.Hamaguchi,M.Abo,T.Yamaoka “Degrada on of hi gh- radiance GaAlAs LED”;Appl.Phys.Le  ,  Vol .31,  

      pp.627, 1977

      2、S.Yamakoshi,M.Abo,O.Wada ,S.Komiya ,T.Sakurai ;“Relaibility of High Radiance InGaAsP/InP LED in 1.2-1.3μm Wavelength ”IEEE  VolQE-17 ,PP 187,1981

      3、GB 2689.181  恒定加速壽命和加速壽命試驗方法總

      4、ASSIST 通用照明 LED壽命及規范的介紹 2005.2

      5、ASSIST 通用照明LED壽命壽命義 Vol 1 ,No.1 ,2005.2

      6、ASSIST 通用照明LED壽命LED器件的測試方法 Vol 1 ,No.2 ,2005.2

      7、SJ/T 2355-2006 半導發光器件測試方法

      8、GB/T 4589.1 2006 立器件和集電路總

      9、GB 2689.281  壽命試驗和加速壽命的圖法(用威布爾布)

      10、GB 2689.481  壽命試驗和加速壽命的最好線無偏估計法(用威布爾布)

      11、SJ/T 11099-96  壽命試驗用 好線無偏估計(極值布 威布爾布)

      12、電子元器件可靠性試驗工程 羅 雯等編著 電子工業出版社

      13、GB 5080.4-5 備可靠性試驗 可靠性試驗的點估計和區間估計方法(用指數布)

       

      image1.png

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      LED的壽命試驗方法


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