LED寿命测讲 文档.docVIP

LED的寿命及寿命时间测试 一. 慨述 如所周知，电子元器件从制造厂生产出来后，经过贮存、运输、到用户使用，期间会受到各种应力(指温度、湿度、电力和机械力等应力)作用，这些应力对构成器件的各种材料及材料之间、对器件表面、金属化系统等会造成劣化反应，使其随着时间的延长,器件内部不断进行着缓慢的化学、物理反应，使其效能不断下降，直至失去应有的功能，即所谓的失效。 电子元器件的可靠性,通常用失效率λ来评估,它定义为： λ=n/N* ∑t。 式中：n---器件试验期的失效数； N---器件试验总数； ∑t---试验总时间：t1+t2+t3+-----tn。 失效率λ的单位为Fit，1Fit=10-9/h,也即是100万器件,在工作1000h后有1个失效，或者10万个器件工作10000h，有1个失效 。 对不可俢复的电子元器件的可靠性,也有用平均失效前时间MTTF来评估，LED是不可修复的器件,适用MTTF。而MTBF仅对可修复的电子产品,如LED灯具,它可修委复,可用MTBF,即两故障间隔时间来评估。无论MTTF或MTBF均不涉及应力,仅是统计性可靠性评估参数,因此在这里不作详述。 对于电子元器件,特别是半导体器件，实践证明,应力是影响可靠性的主要因素，对于电子器件,温度这一热应力最为敏感，器件上温度升高，会加快其性能劣化的化学、物理反应，也即有所谓的“十度法则”，温度升高10℃,器件寿命减半,失效过程会加快进行。LED器件或LED光源同样如此。 自十九世纪未以来,科学家们对各种热、湿、电、机械、气氛等外部应力对电子器件产生的缓慢性化学物理反应进行了大量的分析研究,总结了由各种应力导致的器件性能退化,以及相互间的依赖关系,建立了应力---失效模型。目的是用以来确定不同应力条件下对器件寿命的影响。 这些模型(或方程)中较著名的有： (a). 温度(热)应力----缓慢退化模型,即所谓的Arrhenius模型,这是由荷兰化学家Jack bns Holf在1884年总结的,是目前使用最广泛的分析热应力引起电子器件功能退化的模型。 (b). 电应力---缓慢退化模型,即爱伦(Eyrin)模型。Eyrin模型总结了器件寿命与电应力之间呈逆幂律关系。 (c). 隨器件工作时间t---缓慢退化模型,即亚玛卡西模型,亚玛卡西给出了电子器件随时间缓慢退化的亚玛卡西方程。 利用上述3类模型或方程,可评测电子元器件可靠性,是推算电子器件寿命时间的基本理论依据,对LED或LED光源同样适用。 本文就LED和LED光源的寿命时间,及其试验方法作一些入门性介绍,供作参考！ LED的寿命判据及其退化模型 1. LED的寿命判据C LED作为半导体发光器件,在其使用过程中会随着使用时间的增长,发生缓慢退化。其主要表现为其辐射出的光能，会逐步衰退,对于照明用LED或LED光源,则表现在其输出光通量Φ随使用时间增长而下降,我国己颁布的LED标准中,规定当LED输出的光通量随时间t下降到其初始值的70％(即光衰30％)时,此时的时间t为器件寿命终止时间t(life),也就是以30％光衰作为LED的寿命判据C。即C=0.7。 但对LED的寿命判据,目前还未定论,这方面主要是除用光通量退化作判据参数外,有人认为,LED的色温、显色性指数、色容差等也很重要,也应列入作判据参数。美国照明工程学会(IES)在其研制的可以较短试验时间推断LED在不同使用时段的流明维持量的试验方法文件中提出：用“L70/B50”的LED寿命判据,即LED试验样品中工作到其中50％的器件的光通量下降到初始值的70％时的时间,为寿命时间t(life)。 可见各国对LED可靠性试验方法都十分重视！ 2. LED随使用时间t的退化模型 LED或LED光源,随使用时间t的延长,其电---光转换效率会缓慢下降,且遵循亚玛卡西方程,即有： Φ(t1)=Φ(t0)exp(-βt)--------(1) 式中：φ(t1)为使用到时间t1时的光通量； φ(t0)为初始t0时的光通量； β为LED的光衰系数。 (1)中的β是与LED在使用时受到的应力相关联以应力为变量的函数,且主要是与热应力和电应力相关,对LED而言,β与LED PN结上的温度Tj相关,β是温度Tj的函数。图1. 是美国Cree公司给出的LED产品在不同Tj下的 Φ---t的关系曲线。 图1. LED在不同Tj下的 Φ---t 曲线