加入收藏
您好,欢迎光临上海力勘工业照明科技有限公司!

LED的寿命试验方法

2018-07-04

LED的寿命试验方法

中电科技集团第十三研究所 张万生 赵敏

国家半导体器件质量监督检验中心 徐立生

2.适用范围

3.定义

4.样品及试验应力

5.失效判据

6.参数测试失效时间和失效数的确定

7.数据处理方法

8.试验案例

9.加速模型检验

10.讨论

11.结语

平均寿命是电子元器件最常用的可靠性参数,发光二极管的平均寿命一般以光通量(光 功率)的衰减值作为单一失效判据来获取试验数据,这时采用本标准给出的一种可缩短试 验时间获取试验数据的方法和比较简易的数据处理程序(简称退化系数外推解析法)。当 白光LED需要考虑色温漂移时,以色温漂移为单一判据的白光LED或同时考虑色温漂移和 光通量衰减具有2失效判据的白光LED采用常截尾法获取试验数据,采 用已有国家标准寿命试验和加速寿命的简单线无偏估计法(GB 2689.381)寿 命试验和加速寿命的最好线无偏估计法(GB 2689.481)来进行数据处理,然而这 种情况则需要较的试验时间,而且数据处理的方法比较复杂因此我们在制定“LED寿命试验方法”的标准为2个阶段:

(1)以光通量(光功率)的衰减值作为单一失效判据来获取试验数据,采用退化系数外推 解析法处理试验数据(可采用GB 2689.381 )。这一部分适单色光和考虑色 温漂移的白光LED成熟现已形成标准申报实用。

(2)当白光LED需要考虑色温漂移时,失效判据数据处理方法我们正 研究之中待成熟时,采用线无偏估计的方法单独形成另一标准。

3

1 适用范围

本标准规定了求取LED(以下简称产品)平均寿命的恒定应力加速寿命试验的数据获 取和数据处理方法。它适用于各种单色光LED光输出和不考虑色温变化白光LED 的慢 退化模式

2 引用文件

GB 2689.1-81 恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则

GB 2689.2-81  寿命试验和加速寿命试验的图估计法(用于威布尔分布)

GB 2689.3-81 寿命试验和加速寿命试验的简单线性无偏估计法(用于威布尔分布) GB 2689.4-81 寿命试验和加速寿命试验的**线性无偏估计法(用于威布尔分布) GB/T 4589.1 -2006 分立器件和集成电路总规范

SJ/T 2355-2006 半导体发光器件测试方法

3 定义

3.1 LED产品寿命 LED产品寿命是在规定的工作电流和环境温度下,光输出下降到规 定数值的工作时间,它是一个随机变量,在掌握了一批产品的统 计规律后,可以得到其中某一个产品寿命小于某一数值的概率

3.2平均寿命 平均寿命是LED产品寿命的平均值,对于不可维修的LED产品,通 常用“失效前的平均工作时间”(MTTF)来表示,其意义是LED 产品失效前的工作时间的平均值(数学期望值)。

4 样品

4.1抽样

试验的样品必须选择同设计产品型号具有代表性的规格,在经过老筛选量一合格批母体中次随机抽取。通过老筛选剔除快退 化和突失效器件。

4.2样品数量

应力水平下的小功率样品数量10功率型产品不5只。

5 试验应力

一般情况下,一完整的加速寿命试验应力水平应3。为了保证试 验的准确性,**应力和**应力间应较大的间隔。其中应力水平应 接近产品技术标准中规定的额。**应力水平得大产品的 结构材料、制造工艺所内承受的极限应力,以免带新的失效理。

6

6 失效判据

6.1光通量(光功率)的衰减 对单色光LED白光LED(考虑色温时)可根据不同应用要求,取光通量衰 减到初始值的50%70%作为失效判据。还可根据具体情况,取大70%的严 值。

6.2 色温漂移《见13.5(2)》

7.1 试验应测量的主要参数为光通量(光功率)色温(色坐标),它 参数为热阻 向电压色容差等。测量方法要求应符SJ/T 23552006 的相关规定

7.2 测试环境测试仪器测试备的要求应符合产品技术标准的规定

7.3 自动记录的试验具体产品测试间隔时间的选择,可通摸底试 验来确。测试间隔时间的短与施应力的大小关,施应力小,测 试间隔;施应力大,测试间隔短。个加速应力水平下的寿命试验的 测试数据点数m应少5m5)。 7.4自动记录的试验取出样品进行测试到再投入样品继续进行试验 的时间一般应超24小时

7.5 试验,每测试均应使用一测试仪器和工,如必须更换时,则 必须经过计量,以便保证测试精度。

8

失效时间和失效数的确定

8 失效时间和失效数的确定

8.1 有自动实时记录装置的,以自动记录到的时间计算。

8.2  对于以光通量衰减作为单一失效判据

8.2.1 通过光通量衰减系数计算某一产品的试验截止时间和某一结温下的工作寿命(简 称退化系数外推解析法),按不同应用要求,取光通量衰减到初始值的50%或70

%作为失效判据。计算公式如下:

Pt = P0 exp(-βt) <8.2-1>

式中:P0为初始光通量(或光功率);Pt为加温加电后对应某一工作时间的光通量

(或光功率);β为某一结温下的退化系数;t为某一产品的试验截止时间。

Lc,i =ti


lnC


<8.2-2>

ln Pt,i


P0,i

式中:i为不同的试验环境温度的应力水平,可取为1、2、…r;Lc,i为某一结温下的

工作寿命,C= Pt/ P0

8.2.2 试验截止时间必须保证LED的初始光通量(或光功率)产生足够的退化,为

减少试验数据的误差,第一个数据点的退化量应大于仪器测量误差,可以采用 图估法(在概率纸上描点划线或运用计算机)进行线性拟合,选取偏离直线最 小、光输出衰减较大的试验数据点,该数据点的累计时间即为试验截止时间, 通过公式<8.2-2>计算给定结温下的失效时间(工作寿命Lc,i),这样可以缩短 试验时间。

8.2.3通某一产品光通量退化系数和试验止时间外推某一结温下的加速寿命时, 可以下2种方式

(1)若光功率的初始值一直下降,如图8.21所示,则加速寿命为Lc,i= T,可直 接用退化系数外推求得。

图8.2-1 光功率的初始 值一直处于下降时的加 速寿命示意图

(2)若光功率出先上升再下降的情况,如图7.22所示,则加速寿命为

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

其中 光功率下降到初始值P0的试验时间为T1用退化系数外推法求得的寿命为T2

T1

图8.2-2 光功率出现先上升再 下降时的加速寿命示意图

8.3 对色温漂移单一失效判据的白光LED或具有光通量衰减和色温漂移2失效判据的白光LED,则产品试验到失效时方可止, 试验止时间即为失效 时间(加速寿命),这就需要较的试验时间。

8.4 试验采用截尾,一般情况下,试验截尾时间应使失效数r于或投试 样品n 30%,当失效数法达到30%n时,至少r4试验产品 本身原所造的失效入失效数内。

11

9 数据处理方法


数据处理方法

光通量衰减作为单一失效判据采用退化系数外推解析法

9.1.温度应力加速退化系数与结温间的关系用阿仑尼斯(Arrhenius)方程

β= IFβ0exp(-Ea/k Tj) <9.1-1>

IF为工作电流,β0为常数;Ea为激活能;k为波耳兹曼常数(8.62×10-5ev);Tj

为结温(**温度)。 9.2 结温 结温可按以下公式求得

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为环境温度(本试验的烘箱温度为环境温度); VF为向电压;输出 功率Pt较小时可以忽略不计。 Rj-c为结到壳的热阻;Rc-h为壳到热沉的热阻, 当Rc-h最佳情况下,算时可以忽略不计;Rh-a为热沉到环境的热阻

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 不同试验环境温度下的结温。

9.4常工作环境温度(Ta=25℃)下的平均寿命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为工作环境温度(25℃)下的平均工作寿命;Tj,0 为某一工作环境温度下的

结温。

image1.png

10试验数据处理结果有效性的判断

可按GB 2689.281采用图加速和判断失效数据的取舍是否 恰当。

11试验报告 试验告应包括以下内容a.试验目的

b.失效判据 c.试验样品及应力的选择和试验说明 d.试验和测试备的名称、型号及精度 e.试验数据的处理平均寿命算 f.试验的验证失效

g.试验结论

12.1 样品

投试样品为十三所研制的F008功率LED,采用大陆某厂早期生的1

㎜×1㎜硅载倒装芯片封装,结构如图9.1所示。考虑到器件要高温 下试验,可耐受较高的温度应力,芯片与管壳底盘采用高温焊料共晶焊连 接,荧光粉用硅胶调配,用硅胶灌封,由硅胶自然形成的拱球面取 玻璃透镜PC树脂透镜,以防止层”引起的光衰,所封装材料 均可承受高达200℃的高温。投试样品经过验和全部加电(温)筛选。 试验环境温度为3应力组,别为165℃175℃185℃,每组的试验 样品均为5支(ni=5),失效数为5支(ri=5)。试验样品均带尺寸较大的 铜热沉,如图9.2所示,以使热沉至环境具有较低的热阻。参数测试按8.18.28.38.4。

图12-1 F008型功率型LED结构示意 图


12-2 带有热沉的F008型功率型

LED

12.2 试验数据获取和处理

12.2.1不同环境温度Ta,i下165℃175℃185℃的试验数据ti和Pt,i,由公式

<8.2-1> <8.2-2>算退化系数βi,得到试验寿命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)
电180小时衰退系数加速寿命
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)
电180小时衰退系数加速工作寿命
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)
电120小 时衰退系数加速寿命
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根据热阻、正向电压、正向电流为350 mA和环境温度由公式<9.2-2>求出结温及其

相关试验数据(如10.2-4.所示)。 由<9.3-1><9.41>算激活能和平均寿命。

表12-4. 结温及其相关试验数据

管号 稳态 热阻1) (K/W)结温(K)及正向电压 (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激活能的计算结果及其相关数据

结温 (K)加速寿命(h)激活 能(ev)
Tj165Tj175Tj185t165t175t185E t165/ t175E t175/ t185E t165/ t185均值
455.36465.25475.185354223340.440.450.440.44

  12-6正常环境温度(25℃)失效判据为50%的平均寿命及其相关数据

结温
(K)
激活 能(ev)加速寿命
(h)
正常环境温度1(Ta=25℃) 的平均寿命(╳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)不同工作环境温度下的平均寿命别为

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 加速型检验退化系数与温度的关系

图12-3 退化系数与温度的关系曲线


的验证通公式<9.1-1>验

证的关系曲线单对数坐标纸

上,以温度为横坐标轴,退化系 数为纵坐标轴,用<12-1>

<12-2><12-3>的相 关试验数据(165℃175℃185℃和对应的平均退化系数

1.31×10-31.66×10-3

2.16×10-3))进行描点划线,如 图9.31所示,数据点呈为一

条直线则表退化系数与温 度的关系符阿伦尼斯模,试 验结果效。

12.4威布尔 图估验证 加速寿命试验用概率纸图试验结果直观象,一般用监视和验证试验程是 否出异常象。我们从威布尔布图法(GB 2689.281 )验证的案例结果可

以看出

(1 )由状参数m可以看失效模式。(当m<1时 为早期失效;m=1为偶失效工 作期,时失效率接近常数,样品的寿命布为指数布)m1为磨损失效 期,本案例m=6.64)。高温(165℃185℃)下LED器件的芯片会加速退化, 而且封装材料加速老化,使透光性能变差,表现为光功率的加速衰退,这是 本案例的工作寿命入到磨损失效期m值较大的主要原

(2)不同温度下的LED寿命数据点的布符威布尔布,即使在产品很少的取 数下(n=5),数据点威布尔概率纸上均能够呈线性拟

(3)LED器件的失效虽受多种随机变量的影响,这些变量包括电热失效理的 芯片和热失效理的封装材料,由它的多重影响,概率纸上能够呈预期的威布尔布。。

12.5 用对数正态分布图估法对求取LED平均寿命验证 对数正态分布能够较好的反映半导体器件的失效规律11),在半导体器件可靠性试 验中已得到了广泛的应用,但平均寿命计算比较复杂,一般采用图估法估计用于验证; 用常规的对数正态分布图估法要用到对数正态概率纸和单对数坐标纸。使用对数正 态分布概率纸可以分别得到在不同温度应力条件下各寿命试验的寿命分布,使用单 对数坐标纸可得到加速寿命曲线,由此在对数正态概率纸上估计出正常温度应力水 平条件下的寿命分布。

绘制不同温度应力下的寿命分布曲线 在对数正态概率纸上绘制165℃、175℃、185℃三个温度应力下的寿命分布曲线

(1)作数据表:把165℃、175℃、185℃试验得到的失效时间(寿命)t165、t175、 t185 ,按时间从短到长的次序排列,如表9.3-1中失效时间T165,i 、T175,i 、T185,i 的一行数据;

(2)计算累计失效百分比F(ti ):由于n≤20,故需查“中位秩表” 17)(见附录表1)得 到,如表9.3-1中F(t)行的数值;

PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿwww.fineprint.com.cn

次序号i12345
失 效 时 间
T165,i (小时)
455502529560628
失 效 时 间
T175,i (小时)
369396405455484
失 效 时 间
T185,i (小时)
253289335357419
累计失效百 分比(%) F(t)12.931.45068.687.1

image1.png

(3)描点:对数布概率纸上用10.3.2-1的试验数据描点。失效时间的 数值对数态概率纸的t 轴上取坐标值,累失效率的数值F(t)轴上取坐标 值,别绘出3试验环境温度165℃175℃185℃下的布曲线L1

L2 L3,如图10.3.2-1所示近似地呈3条直线,这些直线就是该试验样品

温度应力下的对数布。如果线认为是对数布。试验环境温度所对应的结温别由公式<9.2-1><9.2-2>算,采用9.2- 4列出的结温数据。

(4)估计中位寿命 (0. 5) :其足标“i”Ti温度应力下的位寿命,t165(0.5)t175(0.5)t185(0.5)别是温度应力下累失效率为50%的时间,是可 靠度为50%的时间。图纸的F(t)轴上,取F(t)=50%的坐标刻度,后由

右引水平线分别与布直线L1L2 L3相交,得交点,再由交点别下引垂线 与图纸的t轴相交得到的3坐标刻度值即为估计位寿命t165(0.5)=530ht175(0.5)=420ht185(0.5)=320h, 如图10.3.2-1所示;

(5)估计对数标准差i:足标“i”Ti温度应力下的标准差。图纸的F(t)

轴上取84% 的坐标刻度,由处右引水平线分别与布直线L1L2 L3相 交,得交点,再由交点别下引垂线与图纸的失效时间t轴相交得到的3坐标 刻度值即为失效时间t165(0.84)=620ht175(0.84)=520 ht185(0.84)= 390h, 如图10.3.2-1所示。

图1.加速寿命在三个温度应力下的对数正态分布和t(0.5)、t(0.84)的图估值

对数标准差△i的数值按以下公式

△i=㏒i0.84-㏒i0.5 <10.3.2-1>

其中的对数是以10为底的对数;

(6)列表:将得到的位寿命和对数标准差的数值列成表2;

表10.3.2-2不同环境温度下的中位寿命和对数标准差

i

环境温度Ti(℃)25℃165℃175℃185℃
结温 Tj(K)316.93455.36465.25475.18
中位寿命ti(0.5)
(h)
/530420320
㏒ti(0.5)/2.7242762.6232492.505150
对数标准差 σi/0.0681060.0927540.085915
1/Ti×10431.5521.960621.493821.0447

绘制加速寿命曲线 单边对数纸的对数坐标轴(纵轴)作为时间t轴,坐标横轴作为**温度T的倒数1

/T的坐标轴,如图10.3.2-2所示。

(1)描点:由10.3.2-2,数据点T165t165(0.5),T175t175(0.5),T185

t185(0.5)依制在单边对数纸上,如图10.3.2-2所示,近似地呈为一条直线

则将有两种可能,一种是加速变量所遵从的阿伦尼斯模一种可 能是该加速寿命试验是真的“加速”;

(2)配置直线:在此图纸上数据点拟合成一条直线线就是直线化了的加 速寿命曲线

(3)估计正常温度应力T0(25℃)下的位寿命t0(0.5):在1/T轴上取1/ T0的坐标

刻度,由处上引垂线加速寿命直线相交,再由交点左引水平线与t轴相交,得

到的刻度即为位寿命t0(0.5);由25℃时的1/T0= 31.7×104 ,得到t0(0.5)

=7.0×104(小时),如图10.3.2-2T0处箭头的指

图9.3-2 对数正态分布的加速寿命曲线

image1.png

估计正常环境温度应力T0(25℃)条件下的平均寿命

(1)在正常温度T0(25℃)条件下寿命布的对数标准差σ02的σi

(i=12…i),按公式<2>在正常温度T0(25℃)条件下的寿命布的对数

标准差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)求常环境温度应力T0(25℃)条件下的平均寿命t0E平均寿命的算可用

公式<3>

tE =㏒-1[ ㏒(0.5)+1.151σ0


] <10.3.2-3>

常环境温度应力下(25℃)的平均寿命

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 (小时)

在制定本标准的中我们进行了多项专题研究,包括芯片封装前后寿命的 对比导电银浆粘结与共晶焊接的对比高温存储与高温电的对比单一应 力变量(温度)和多应力变量(电流温度)的对比以色温漂移摸底等。试验结果主要从以下几方面以讨论

13.1 失效

从失效理上看LED裸芯片和封装产品二者是

(1) LED裸芯片的退化除与温度应力关外,还电应力的作用,主要是内缺陷和离子热扩散和电迁移的物理效应, 热扩散场和电漂移场存,属 失效。 LED芯片的平均寿命高达数十万小时以上,可承受的温度应力大 200℃

(2) 封装材料(导电银浆荧光粉胶环氧树脂硅胶等)的退化主要是与温度

关的化学作用, 属从属失效。封装器件,平均寿命一般低10万小时, 而且其耐受的温度封装材料很大差异远低200 。 LED裸芯片与封装器

件的区别主要体现在激活能的数值不同;采用不同的高温存储可以得到封装材 料的激活能。的强度。

(3)对LED封装产品选加速试验应力时,可通高温存储试验进行摸底可确 **试验应力。对强度低的封装材料,例如粘结芯片的导电银浆灌封的环 氧树脂,只能采用较低的温度应力,因而需要较的试验时间,试验时间会带来较大的误差。因此LED产品的寿命取决所用封装材料,应力大超

出所承受极限强度时会改变失效

13.2 模型选择

LED器件加速寿命试验温度应力和电流(非温度)应力存,可三 种模式:

(1)温度应力为单一变量 阿伦尼斯模,电流应力一般选定常工作的数值,通改变度应 力来实现加速老化。用阿伦尼斯模来处理加速寿命试验数据,既简单又便,而 且也能较的解释试验结果.半导器件的加速寿命试验一般多为这种模式,

被大陆的“半导器件立器件和集电路总范”(GB/T 4589.1-

2006/IEC 60747-10:1991)所采用。

以光通量缓慢退化的单一失效判据的试验为例,阿伦尼斯模验证可通单对数坐标纸上,以温度为横坐标轴,退化系数为纵坐标轴,相关试验数据 和对应的平均退化系数,进行描点划线,数据点分分布呈为一条直线则 表明符阿伦尼斯模

(2)电流应力为单一变量

LED电流为变量时,采用逆幂律模。 逆幂律模验证可通法用对数布概率纸和双对数坐标纸验 证,看寿命布的数据点双对数坐标纸上是否能够拟为一条直线判断电流加速变量所遵从的律是否符逆幂律模以光通量缓慢退化

的单一失效判据的试验案例目前我们尚未得到理的验证结果。际上, 时电流应力已不是单一变量,除电流应力外,还能忽略电流提高而产生的 结温变化,因此采用逆幂律模不适合的。

(3)温度应力和电流应力均为变量

当LED时考虑温度应力和电流(非温度)应力两变量时,应采用爱林模 。由于不是单一变量,非温度应力的存时考虑能量布和激活

调整修正因子,因此数据处理比较复杂,这种情形很少用电子元器件 的加速寿命试验,常用工程上的筛选

13..3 初始光功率 考虑到GaN基的LED高温电的会出光功率先上升再下降的象, 美 ASSIST推荐的LED寿命试验方法规定:样品采用经过1000小时后的光功率作为初

始光功率P0,主要是为了避免出异常的测试数据,这一规定考虑温度应力

大小,一律按1000小时着温度应力增大,较大的误差。而我们是采 用大温度应力的办法,使光功率先上升所求的加速工作寿命为上升再下降的 程时间缩短。再下降的光功率接近初始值所对应的时间与用退化系数外推的效工作时间和,这的误差会比前者要小些。

13.4 退化系数与试验截止时间

一般情况下,试验截止时间可从LED的初始光输出衰减的多个试验数据点中来选 取,这些数据点具有一定的离散性,可以采用图估法对退化系数进行估算。除在单 对数概率纸上描点划线外,还可以运用计算机进行线性拟合(这样可以避免人为因 素)。在拟合的直线上选取偏离直线最小、光输出衰减量较大的试验数据点,该数 据点的累计时间即为估算退化系数的试验截止时间,如图11.6-1所示,图中SA- 14的试验数据点列于表10.6-1,由图可见,表中的10#数据点(1744小时,

0.82)被选取,数据图中还给出了拟合的直线方程和最小二乘拟合的相关系数。

表13.4-1 SA-14蓝光功率芯片的加速寿命试验数据 165℃ 350mA

序号#123456789101112
h(小时)0168432600768936120013681536174418722040
Pt/P010.830.930.870.850.800.820.830.800.820.830.83

13.4-1运用计算机对试验 数据点的线性拟合

13.5 色温漂移

(1)色温漂移与封装材料密切相关 用荧光粉转换的白光LED加速寿命试验的器件,发试验样品着光功率 的衰退色温均有或减的变化,图13.5.-1示出了40只采用全硅胶封装的功率 却器件,125℃下加速试验色温变化的布。试验结果部分器件呈为色温下降,色温变化率一般5%10%间,只有个别器件呈为色温上 升,变化率也在5%10%间。我们把这种减的变化称为色温漂

移。 然而采用环氧封装的Φ5白光小功率白光LED75℃下进行1000h高温存 储试验,试验结果色温几乎全为上升,上升幅度一般为5%30

%,。 色温漂移仅与封装材料密切相关,而且与初始色温也有关,初始色温低,漂

移小,初始色温高,漂移大。

PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Àw瀀wwÀ.fineprint.com.cn

image13.png

图13-1加速寿命试验中白光功率LED的色温飘移

(2)色温漂移的失效判据

当白光LED应用对色温漂移特殊要求时,失效判据要考虑色温漂 移,失效判据可用以下2种方式不同的色度参数数值来规定

能源星(ENERGY STAR)和美国国家照明标准工作组(ANSI) 按照白光LED技术和颜色对现有荧光灯色度标准以修正并重新档,这些 CIE19311976色度图以8四边式出, 8四边可以用色度坐标相关色温来示,如图132、表131 132所示, 白光LED按固标称色规定失效判据,相关色温色坐标的变化应落

在规定的四边形之内,若超出标称固的四边边界为失效。为使白 光LED的色温均能8四边的区域内. 荧光灯的白光LED照明光 源,取荧光灯六种固标称色所对应的6四边,相当7步麦克 亚当椭圆范围(色容差为7SDCM)。

image14.jpeg

图13-2在 CIE1931色度图中以8个四边形的形式出现的白光LED色型

表13-1. 以相关色温CCT和DUV表示的

8种白光LED色型

表13-2 以色坐标表示的8种白光LED色型


2700K3000K3500K4000K

XYXYXYXY
心点0.45780.41010.43380.40300.40730.39170.38180.3797
四边.0.48130.43190.45620.42600.42990.41650.40060.4044








0.45620.42600.42990.41650.39960.40150.37360.3874
顶点
0.43730.38930.41470.38140.38890.36900.36700.3578

0.45930.39940.43730.38930.41470.38140.38980.3716

4500K5000K5700K6500K

XYXYXYXY
心点0.36110.36580.34470.35530.32870.34170.31230.3283
四边边 界 顶点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考虑色移时,效寿命的判据是指色温漂移的色度坐标变化 初始色度坐标的四步马克亚当(MacAdam)椭圆的范围,相当色容差

4SDCM。这数值应该是在合理的可感知色差的允许度内在此我们取荧光灯 六种标称色78步马克亚当(MacAdam)椭圆的范围(色容差为7SDCM)

图133马克亚当(MacAdam)椭圆的加速 试验色温初始数据点示意图


图134马克亚当(MacAdam)椭圆的加速试 验色温漂移试验数据点示意图

(3)以色温漂移为单一失效判据的白光LED具有光通量衰减和色温漂移2个 失效判据的白光LED采用“最好线无偏估计法”(GB 2689.481)

结语

(1)本标准给出了一种缩短试验时间求取LED平均寿命的方法,利用LED光功率缓慢 退化公式,由退化系数外推不同应力温度下LED的失效时间(加速寿命),再用 数值解析法得到正常环境温度应力下的LED平均寿命。此法不仅适用于所有单色 光LED,而且对以光功率衰减作为单一失效判据(不考虑色温飘移)的白光LED也 适用。用威布尔分布和对数正态分布图估法进行检验和验证,在加速模型、失效 模式等方面未发现有异常。

(2)当白光LED取代荧光灯的应用(对色温漂移有特殊要求)时,不论是以色温漂 移作为单一失效判据,还是同时具有光功率衰减和色温漂移二个失效判据 ,则需 用较长的试验时间,按照常规的定数截尾来获取试验数据。试验数据的处理则采 用已有的国家标准:GB 2689.3-81 寿命试验和加速寿命的简单线性无偏估计法

(用于威布尔分布)、GB 2689.4-81 寿命试验和加速寿命的**线性无偏估计 法(用于威布尔分布)来求取白光LED的平均寿命.我们正在用威布尔分布图估法 对色温漂移的典型案例的失效模式进行试验和验证。

1S.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

2S.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

3GB 2689.181  恒定加速寿命和加速寿命试验方法总

4ASSIST 通用照明 LED寿命及规范的介绍 2005.2

5ASSIST 通用照明LED寿命寿命义 Vol 1 ,No.1 ,2005.2

6ASSIST 通用照明LED寿命LED器件的测试方法 Vol 1 ,No.2 ,2005.2

7SJ/T 2355-2006 半导发光器件测试方法

8GB/T 4589.1 2006 立器件和集电路总

9GB 2689.281  寿命试验和加速寿命的图法(用威布尔布)

10GB 2689.481  寿命试验和加速寿命的最好线无偏估计法(用威布尔布)

11SJ/T 11099-96  寿命试验用 好线无偏估计(极值布 威布尔布)

12电子元器件可靠性试验工程 罗 雯等编著 电子工业出版社

13GB 5080.4-5 备可靠性试验 可靠性试验的点估计和区间估计方法(用指数布)

 

image1.png

PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿwÿww.fineprint.com.cn

LED的寿命试验方法


加载中
您是第 56421 位访客!