【導(dǎo)讀】了高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管。至今，人們?nèi)栽趯?duì)高亮度藍(lán)光LED進(jìn)行不斷地完。在1996年，開(kāi)發(fā)出了采用藍(lán)光LED與黃色熒光粉相結(jié)合發(fā)出白光的LED產(chǎn)品并。21世紀(jì)照明METI國(guó)家項(xiàng)目是一項(xiàng)基于高效率白光LED照。年啟動(dòng)，其第一階段的項(xiàng)目已于2020年完成。工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。隨著LED應(yīng)用范圍的加大，提高LED. 可靠性具有更加重要的意義。LED具有高可靠性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程。芯片的可靠性水平，以保證LED芯片質(zhì)量，為此我司在實(shí)現(xiàn)全色系LED產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，

　　

【正文】 第 19 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 6 系統(tǒng)功能 及 指標(biāo)參數(shù) LED 芯片壽命試驗(yàn)過(guò)程，提出了壽命試驗(yàn)條件，完善的試驗(yàn)方案，消除可能 影響壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，保證了壽命試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。采用科學(xué)的試驗(yàn)線路和連接方式，使壽命試驗(yàn)臺(tái)不但操作簡(jiǎn)便、安全，而且試驗(yàn)容量大。 測(cè)量計(jì)算出來(lái)的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時(shí)間。大大地縮短 LED 壽命的測(cè)試時(shí)間，有利于及時(shí)改進(jìn)、提高 LED 可靠性。引用“亞瑪卡西”（ yamakoshi）的發(fā)光管光功率緩慢退化公式，通過(guò)退化系數(shù)得到不同加速應(yīng)力溫度下 LED 的壽命試驗(yàn)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(jiǎn)稱(chēng)“退化系數(shù)解析法” ,測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算出室溫下平均壽命的一致性。 及 測(cè)試方法 說(shuō)明 試驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量的主要參數(shù)為光通量（或光功率）、色溫（色坐標(biāo)），其它參數(shù)為熱阻、正向電壓、色容差等。測(cè)量方法及要求應(yīng)符合 SJ/T 2355－ 2020 中的相關(guān)規(guī)定。測(cè)試環(huán)境、測(cè)試儀器及測(cè)試設(shè)備的要求應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 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。測(cè)試間隔時(shí)間的長(zhǎng)短與施加應(yīng)力的大小有關(guān)，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)加速應(yīng)力水平下的壽命試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù) 點(diǎn)數(shù) m不應(yīng)少于 5個(gè)（ m≥ 5）。在沒(méi)有自動(dòng)記錄的試驗(yàn)中取出樣品進(jìn)行測(cè)試到再次投入樣品繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)間一般不應(yīng)超過(guò) 24小時(shí)。試驗(yàn)過(guò)程中，每次測(cè)試均應(yīng)使用同一測(cè)試儀器和工具，如必須更換時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)計(jì)量，以便保證測(cè)試精度。 失效時(shí)間和失效數(shù)的確定 對(duì)于以光通量衰減作為單一失效判據(jù)，通過(guò)光通量衰減系數(shù)計(jì)算某一產(chǎn)品的試驗(yàn)截止時(shí)間和某一結(jié)溫下的工作壽命（簡(jiǎn)稱(chēng)退化系數(shù)外推解析法），按不同應(yīng)用要求，取光通量衰減到初始值的 50％或 70％作為失效判據(jù)。計(jì)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(duì)應(yīng)某一工作時(shí)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(yàn)截止時(shí)間。 iPoP CtL itiic ,ln ln, ? （ 62） 式中： i 為不同的試驗(yàn)環(huán)境溫度的應(yīng)力水平，可取為 ? r； Lc,i 為某一結(jié)溫下的工作壽命 ,C= Pt/ P0。 減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的退化量應(yīng)大于儀器測(cè)量誤差，可以采用圖估法 (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、光輸出衰減 第 20 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 較大的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，該數(shù)據(jù)點(diǎn)的累計(jì)時(shí)間即為試驗(yàn)截止時(shí)間，通過(guò)公式 （ 62） 計(jì)算給定結(jié)溫下的失效時(shí)間（工作壽命 Lc,i），這樣可以縮短試驗(yàn)時(shí)間。 若光功率的初始值一直下降，如圖 － 1所示，則加速壽命為 Lc,i＝ T，則可直接用退化系數(shù)外推求得。 圖 光功率的初始值一直處于下降時(shí)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(yàn)時(shí)間為 T1，用退化系數(shù)外推法求得的壽命為 T2－T1 。 圖 光功率出現(xiàn)先上升再下降時(shí)的加速壽命示意圖 對(duì)于以色溫漂移為單一失效判據(jù)的白光 LED或具有光通量衰減和色溫漂移 2個(gè)失效判據(jù)的白光 LED，則需產(chǎn)品試驗(yàn)到失效時(shí)方可截止， 試驗(yàn)截止時(shí)間即為失效時(shí)間 (加速壽命 )，這樣就需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間。 試驗(yàn)采用定數(shù)截尾，一般情況下，試驗(yàn)截尾時(shí)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(wú)法達(dá)到 30%n 時(shí)，至少有 r≥ 4。試驗(yàn)過(guò)程中由于非產(chǎn)品本身原因所造成的失效不應(yīng)計(jì) 入失效數(shù)內(nèi)。 第 21 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)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(duì)溫度）。 結(jié)溫可按以下公式求得： 對(duì)于小功率 LED Tj= Ta + VFIF Rja (65) 對(duì)于功率型 LED Tj= Ta +( VFIF－ Pt )(Rjc + Rch + Rha) (66) 式中 : Ta 為環(huán)境溫度（本試驗(yàn)的烘箱溫度為環(huán)境溫度）； VF 為正向電壓；輸出功率 Pt較小時(shí)可以忽略不計(jì)。 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(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)； Rha 為熱沉到環(huán)境的熱阻。 通過(guò)公式（ 67）求出激活能 Ea ijijicic TTLLKEa,)1(,)1(, 11ln ???? （ 67） 式中： Tj,(i1)、 Tj,i 為不同試驗(yàn)環(huán)境溫度下的結(jié)溫。 正常工作環(huán)境溫度 (Ta＝ 25℃ )下的平均壽命 Lc,0 通過(guò)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。 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析 加速壽命試驗(yàn)中用概率紙圖估試驗(yàn)結(jié)果直觀形象，一般用于監(jiān)視和驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。我們從威布爾分布圖估法（ GB － 81 ）驗(yàn)證的案例結(jié)果可以看出： m 可以看失效模式。（當(dāng) m＜ 1時(shí)為早期失效； m＝ 1為偶然失效工作期，此時(shí)失效率接近于常數(shù)，此時(shí)樣品的壽命分布為指數(shù)分布） m＞ 1 為磨損失效期，（本案例 m=）。在高溫（ 165℃－ 185℃）下 LED 器件的芯片會(huì)加速退化，而且封裝材料也會(huì)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。 LED 壽命數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布符合威布爾分布，即使在產(chǎn)品很少的取樣數(shù)下 (n=5)，數(shù)據(jù)點(diǎn)在威布爾分概率紙上 均能夠呈現(xiàn)較好的線性擬合。 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。 第 22 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 7 結(jié)論 傳統(tǒng)的 LED壽命測(cè)試時(shí)直接測(cè)量其光強(qiáng)來(lái)獲取 LED 壽命，這種方法不僅實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)，而且通常受到外界干擾影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。 本實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)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(shí)驗(yàn)周期。減小了實(shí)驗(yàn)的偶然性誤差。其次，將 LED 放在干燥箱內(nèi)，減少了外界濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 ,同時(shí)在干燥箱內(nèi)。最后， 由于 LED 結(jié)溫高低直接影響到 LED 出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等，因此對(duì)結(jié)溫、熱阻等熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)試是非常必要的目前主要的測(cè)試方法有紅外熱像儀法、電學(xué)參數(shù)法、光譜法等。通過(guò)改變正向電壓測(cè)得 LED的結(jié)溫，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，降低了成本。 本設(shè)計(jì)給出了一種縮短試驗(yàn)時(shí)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(shí)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。此法不僅適用于所有單色光 LED，而且對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布圖估法進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，在加速模型、失效模式等方面未發(fā)現(xiàn)有異常。 本標(biāo)準(zhǔn)給出了一種縮短試驗(yàn)時(shí)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(shí)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。此法不僅適用于所有單色光LED，而且對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布圖估法進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，在加速模型、失效模式等方面未發(fā)現(xiàn)有異 常。 本論文 通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，已經(jīng)分析出發(fā)光壽命與 LED 結(jié)溫、熱阻的關(guān)系，光衰與溫度、濕度等環(huán)境因素之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)測(cè)得 LED 發(fā)光壽命。 所得結(jié)果與已有結(jié)果的比較，題目研究中尚存在的問(wèn)題， 對(duì)本次的設(shè)計(jì)依然有改進(jìn)的地方，例如試驗(yàn)樣品的隨機(jī)抽取，以及試驗(yàn)樣品的數(shù)量應(yīng)適度增加。 第 23 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 8 總結(jié)與體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)我們歷時(shí)三個(gè)星期，在我們班里算是倒數(shù)幾組完成的吧，但經(jīng)過(guò)這兩個(gè)星期的實(shí)踐和體驗(yàn)下來(lái)，我們又怎么會(huì)去在乎那個(gè)先后問(wèn)題呢，因?yàn)閷?duì)我來(lái)說(shuō)學(xué)到的不僅是那些知識(shí)，更多的是團(tuán)隊(duì)和合作。現(xiàn)在想來(lái)，也許 學(xué)校安排的課程設(shè)計(jì)有著它更深層的意義吧，它不僅僅讓我們綜合那些理論知識(shí)來(lái)運(yùn)用到設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個(gè)團(tuán)隊(duì)凝聚在一起時(shí)所能發(fā)揮出的巨大潛能 ! 三個(gè)星期前我們?nèi)齻€(gè)人還在為到底選那個(gè)課題而發(fā)生分歧，最后還是在老師的耐心分析和指導(dǎo)下完成了課題的選定，但是隨之而來(lái)的問(wèn)題卻遠(yuǎn)比我們想想的要困難的多過(guò)沒(méi)想到這項(xiàng)看起來(lái)不需要多少技術(shù)的工作卻是非常需要耐心和精力在三個(gè)星期后的今天我已明白課程設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)的意義 ,它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，更重要的是同學(xué)間的 團(tuán)結(jié)，雖然我們這次花去的時(shí)間比別人多，但我相信我們得到的也會(huì)更多 ! 因此此次設(shè)計(jì)，我體會(huì)到的更多的是團(tuán)隊(duì)的力量，完完整整設(shè)計(jì)一樣?xùn)|西出來(lái)，沒(méi)有隊(duì)友的幫助，單單靠一人是難以完成的，甚至都是不能完成的，而對(duì)于這次設(shè)計(jì)，依然是存在 問(wèn)題的，設(shè)計(jì)出來(lái)的東西不美觀，以及焊接中出現(xiàn)了虛焊等問(wèn)題，在系統(tǒng)調(diào)試方面，對(duì)于光通量的測(cè)量是較為不準(zhǔn)確的，說(shuō)明在操作以及設(shè)計(jì)方面還是有很大缺陷的，在今后的設(shè)計(jì)中一定要注意這些問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)給出了一種縮短試驗(yàn)時(shí)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(shí)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。此法不僅適用于所有單色光 LED，而且對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布圖估法進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，在加速模型、失效模式等方面未發(fā)現(xiàn)有異常。 第 24 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 9 參考文獻(xiàn) [1] 楊清德，楊蘭云 .LED 及其應(yīng)用問(wèn)答 [M].北京：電子工業(yè)出版社 .:58 [2] 賀衛(wèi)利，郭偉玲，高偉，等 .大功率發(fā)光二極管可靠性和壽命評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法［ J］ .應(yīng)用光學(xué)， 2020， 29(4):533. [3] 饒亮，傅志中，于英俊，等 .基于 ZigBee 的 LED 壽命檢測(cè)系統(tǒng)［ J］ .儀表技術(shù)，2020(5):12. [4] Shinya Ishizaki. 大功率白光 LED 的壽命測(cè)定［ J］ .中國(guó)照明電器 ,2020 [5] 中國(guó)照明學(xué)會(huì) .中國(guó)照明工程年鑒 [M ] .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2020: [6]