【正文】 第 19 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 6 系統(tǒng)功能 及 指標(biāo)參數(shù) LED 芯片壽命試驗過程，提出了壽命試驗條件，完善的試驗方案，消除可能 影響壽命試驗結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，保證了壽命試驗結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。引用“亞瑪卡西”（ yamakoshi）的發(fā)光管光功率緩慢退化公式，通過退化系數(shù)得到不同加速應(yīng)力溫度下 LED 的壽命試驗數(shù)據(jù)，再用“阿倫尼斯”（ Arrhenius）方程的數(shù)值解析法得到正常應(yīng)力（室溫）下的 LED 的平均壽命，簡稱“退化系數(shù)解析法” ,測量的數(shù)據(jù)計算出室溫下平均壽命的一致性。 在沒有自動記錄的試驗中，具體產(chǎn)品測試間隔時間的選擇，可通過摸底試驗來確定。試驗過程中，每次測試均應(yīng)使用同一測試儀器和工具，如必須更換時，則必須經(jīng)過計量，以便保證測試精度。 減少試驗數(shù)據(jù)的誤差，第一個數(shù)據(jù)點的退化量應(yīng)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(jī) )進(jìn)行線性擬合，選取偏離直線最小、光輸出衰減 第 20 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 較大的試驗數(shù)據(jù)點，該數(shù)據(jù)點的累計時間即為試驗截止時間，通過公式 （ 62） 計算給定結(jié)溫下的失效時間（工作壽命 Lc,i），這樣可以縮短試驗時間。 試驗采用定數(shù)截尾，一般情況下，試驗截尾時間應(yīng)使失效數(shù) r大于或等于投試樣品數(shù) n 的 30%，當(dāng)失效數(shù)無法達(dá)到 30%n 時，至少有 r≥ 4。 Rjc 為結(jié)到殼的熱阻； Rch 為殼到熱沉的熱阻，當(dāng) Rch 在最佳情況下，計算時可以忽略不計； Rha 為熱沉到環(huán)境的熱阻。我們從威布爾分布圖估法（ GB － 81 ）驗證的案例結(jié)果可以看出： m 可以看失效模式。 器件的失效雖受多種隨機(jī)變量的影響，這些變量包括電、熱失效機(jī)理的芯片和熱失效機(jī)理的封裝材料，由它們組合的多重影響，在概率紙上能夠呈現(xiàn)符合預(yù)期的威布爾分布。其次，將 LED 放在干燥箱內(nèi)，減少了外界濕度對實驗的影響 ,同時在干燥箱內(nèi)。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(jù) （不考慮色溫飄移）的白光 LED也適用。用威布爾分布和對數(shù)正態(tài)分布圖估法進(jìn)行檢驗和驗證，在加速模型、失效模式等方面未發(fā)現(xiàn)有異 常。 第 23 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 8 總結(jié)與體會 這次課程設(shè)計我們歷時三個星期，在我們班里算是倒數(shù)幾組完成的吧，但經(jīng)過這兩個星期的實踐和體驗下來，我們又怎么會去在乎那個先后問題呢，因為對我來說學(xué)到的不僅是那些知識，更多的是團(tuán)隊和合作。用威布爾分布和對數(shù)正態(tài)分布圖估法進(jìn)行檢驗和驗證，在加速模型、失效模式等方面未發(fā)現(xiàn)有異常。 本設(shè)計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(shù)外推不同應(yīng)力溫 度下 LED 的失效時間（加速壽命），再用數(shù)值解析法得到正常環(huán)境溫度應(yīng)力下的 LED 平均壽命?？梢酝ㄟ^本實驗測得 LED 發(fā)光壽命。 本標(biāo)準(zhǔn)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(shù)外推不同應(yīng)力溫度下 LED 的失效時間（加速壽命），再用數(shù)值解析法得到正常環(huán)境溫度應(yīng)力下的 LED 平均壽命。通過改變正向電壓測得 LED的結(jié)溫，實驗操作簡單，降低了成本。 本實驗首先通過將 LED 放在熱電阻下加溫，改變了其所處的環(huán)境，加速了 LED 的老化，縮短了實驗周期。在高溫（ 165℃－ 185℃）下 LED 器件的芯片會加速退化，而且封裝材料也會加速老化，使其透光性能變差，表現(xiàn)為光功率的加速衰退，這是本案例的工作壽命進(jìn)入到磨損失效期 m值較大的主要原因。 正常工作環(huán)境溫度 (Ta＝ 25℃ )下的平均壽命 Lc,0 通過公式 （ 68） 求得 )11(e xp ,0,0, ijjaicc TTKELL ?? （ 68） Lc,0為工作環(huán)境溫度（ 25℃）下的平均工作壽命； Tj,0 為某一工作環(huán)境溫度下的結(jié)溫。 第 21 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 數(shù)據(jù)處理方法 以光通量衰減作為單一失效判據(jù)采用退化系數(shù)外推解析法 ,溫度應(yīng)力加速模型退化系數(shù)與結(jié)溫之間的關(guān)系用阿侖尼斯（ Arrhenius）方程表示 β = IFβ0exp( Ea/k Tj) (64) 式中 IF為工作電流，β 0 為常數(shù)； Ea 為激活能； k 為波耳茲曼常數(shù) ( 105ev)； Tj為結(jié)溫（絕對溫度）。 圖 光功率的初始值一直處于下降時的加速壽命示意圖 若光功率出現(xiàn)先上升再下降的情況，如圖所示，則加速壽命為 Lc,i＝ T1＋（ T2－ T1） (63) 其中 光功率下降到初始值 P0 的試驗時間為 T1，用退化系數(shù)外推法求得的壽命為 T2－T1 。計算公式如下： Pt= P0 exp(βt) （ 61） 式中 :P0 為初始光通量 (或光功率 )； Pt為加溫加電后對應(yīng)某一工作時間的光通量（或光功率）；β為某一結(jié)溫下的退化系數(shù)； t 為某一產(chǎn)品的試驗截止時間。每個加速應(yīng)力水平下的壽命試驗的測試數(shù)據(jù) 點數(shù) m不應(yīng)少于 5個（ m≥ 5）。測量方法及要求應(yīng)符合 SJ/T 2355－ 2020 中的相關(guān)規(guī)定。 測量計算出來的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時間。 ADuC848 具有串行下載和調(diào)度模式，可通過 EA 引腳提供引腳競爭模式，同時支持 Quick Start 開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期 8052 閃存MCU。我們以圖二電路為基本路線，并聯(lián)構(gòu)成壽命試驗單元板，每一單元板可同時進(jìn)行 LED 壽命試驗。雖然可以通過加入串聯(lián)電阻限流減輕上述現(xiàn)象，但存在線路復(fù)雜、工作電流 If差別較大、不能適用不同 VF 的 LED等缺點，因此不宜采用并聯(lián)連接驅(qū)動形式。 只要是 1998 年以后所成立的計算機(jī)教室，或個人購買的計算機(jī)，幾乎都超過以上標(biāo)準(zhǔn) 。 Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個以獨特的設(shè)計管理和團(tuán)隊合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計系統(tǒng)。 555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等 脈沖產(chǎn)生與變換電路。 555定時器的電源電壓范圍寬，可在 ~16V 工作， 7555 可在 3~18V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、 CMOS 或者模擬電路電平兼容。 u11 和 u12 分別為 6 端和 2 端的輸入電壓。如 5 端懸空，則比較器 C1的參考電壓為 32Ucc， 加在同相端； C2的參考電壓為 31Ucc，加在反相端。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。主、輔 ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)來提供優(yōu)良的 直流（ DC）失調(diào)和失調(diào)漂移指標(biāo)，因而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應(yīng)用場合。該時鐘可通過一個從 MCU 核心時鐘工作頻率分離的可編程時鐘發(fā)送。該芯片的數(shù)據(jù)處理速度達(dá) 12MIPS，且設(shè)計簡單，噪聲低，非常適用于精密儀器儀表。 ADM3251E 完全符合 EIA/TIA232E 和 規(guī)則，并且數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到 460Kbps。 iCoupler磁隔離技術(shù)是 ADI 公司的一項專利隔離技術(shù)，是一種基于芯片尺寸的變壓器隔離技術(shù)，它采用了高速 CMOS 工藝和芯片級的變壓器技術(shù)。 ADM3251E ADM3251E 是 ADI（ Analogdevice,inc）公司推出基于其專利 iCoupler 和isoPower 磁隔離技術(shù)的 RS232隔離器。 在實際應(yīng)用中，常常會設(shè)計到電參數(shù)的測量。響應(yīng)時間是指輸入正向電流后 LED開始發(fā)光 (上升 )和熄滅 (下降 )的時間。曲線是由 1MHz 交流信號用 C— U 特性測試儀測得。當(dāng)反向偏壓增加到使 UUR 時 IR將突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。 第 11 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 因為 LED的光輸出與 LED電流相關(guān)， 所以在 LED 應(yīng)用中應(yīng)控制輸入電壓和環(huán)境溫度等因素的變化，否則 LED的光輸出將隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素的變化而變化。在環(huán)境溫度升高時， FU 將下降。 正向工作區(qū)：工作電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系： ? ?1/ ?? KTqUSF FeII (31) 式中 SI 為反向飽和電流。 電學(xué)特性 1． IU 特性是表征 LED 芯片 PN 結(jié)性能的主要參數(shù)。 5．導(dǎo)通時間 tON。反向漏電流是處于反偏置時的漏電流。一般指在一定的正向工作電流條件下的正向壓降。由于正向工作電壓的變化不大，所以正向工作電流變化時，一方面會引起耗散功率的變化，另一方面會引起我們最關(guān)心的發(fā)光強(qiáng)度的變化。 積分球的基本工作原理：光線由輸入孔入射后，光線在球內(nèi)部被均勻的反射及漫射，在球面上形成均勻的光強(qiáng)分布，因此輸出孔所得到的光線為非常均勻的漫射光束。系數(shù) K可以通過測量兩組不同的參考溫度和電壓得到 K = (V1 V0 ) / ( T1 T0 ) ,也可以通過測量多組參考溫度和電壓作線性擬合得到。 在恒定電流 ( 20 mA ) 改變環(huán)境溫度 ( 35 ～ 100 ℃ ) 測量的情況下 ,可以測得初始電壓與初始結(jié)溫符合很強(qiáng)的線性關(guān)系。熱電阻被焊接在 LED 的陽極管腳上 , 它的電阻值由萬用 ( 4 ) ( VC 9802 A )來測量。因此 , 我們假定其熱阻為 100 ℃ /W。因此 , 我們證實用兩種方法測得的數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確。這說明 Tj 的測量與 是否去除了硅樹脂無關(guān)。因此我們用平均值作為最終測量結(jié)果。 可 以對結(jié) 溫 Tj 進(jìn)行了常規(guī)測量。電路板的形成特別設(shè)計成開放式的 , 因此其外殼直接用銅和焊料焊 接。且結(jié)溫 Tj 通過 Rθ (在 pn結(jié)與銅板之間 ) 進(jìn)行計算。 能夠在本次設(shè)計所給時間中，較為準(zhǔn)確的得到試驗的結(jié) 果。主要是引用“亞瑪卡西”（ yamakoshi）的發(fā)光管光功率緩慢退化公式，通過退化系數(shù)得到不同加速應(yīng)力溫度下 LED 的壽命試驗數(shù)據(jù)，再用“阿倫尼斯”（ Arrhenius）方程的數(shù)值解析法得到正常應(yīng)力（室溫）下的 LED 的平均壽命，簡稱“退化系數(shù)解析法” ,該方法采用三個不同應(yīng)力溫度即 165℃、 175℃和 185℃下， 測量的數(shù)據(jù)計算出室溫下平均壽命的一致性。之后加額定電流 3000 小時，測量光通量（或光功率）衰減要小于 4%,再加電流 3000小時，光通量衰減要小于 8%,再通電 4000 小時，共 1 萬小時，測得光通量衰減要小 于14%,即光通量達(dá)到初始值的 86%以上。 LED燈的使用壽命還取決于每天工作多少小時如圖表 所示。 不管如何測量，半導(dǎo)體照明光源的壽命通常是比較長的，這對 LED 產(chǎn)品應(yīng)用來說是一個很有意義的因素。 LED 芯片對溫度異常敏感，這也是半導(dǎo)體的共性。由此可見， LED 主要靠載流子的不斷移動而發(fā)光的，不存在老化和燒斷的現(xiàn)象，其特殊的發(fā)光機(jī)理決定了它的發(fā)光壽命長達(dá) 5 10 萬個小時。 隨著 LED 生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品的壽命和可靠性大為改觀， LED 的理論壽命為10 萬小時，如果仍采用常規(guī)的正常額定應(yīng)力下的壽命試驗，很難對產(chǎn)品的壽命和可靠性做出較為客觀的評價，而我們試驗的主要目的是，通過壽命試驗掌握 LED 芯片光輸出衰減狀況，進(jìn)而推斷其壽命。隨著其光效和總光通量的進(jìn)一步改善， LED 開始被應(yīng)用于日常照明領(lǐng)域。 LED 具有高可靠性和長壽命的優(yōu)點，在實際生產(chǎn)研發(fā)過程中，需要通過壽命試驗對 LED 芯片的可靠性水平進(jìn)行評價，并通過質(zhì)量反饋來提高 LED芯片的可靠性水平，以保證 LED 芯片質(zhì)量，為此我司在實現(xiàn)全色系 LED產(chǎn)業(yè)化的同時，開發(fā)了 LED 芯片壽命試驗的條件、方法、手段和裝置等，以提高壽命試驗的科學(xué)性和結(jié)果的準(zhǔn)確