大功率LED加速寿命试验及问题分析_图文(精)
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技术专栏
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｃｏｌｕｍｎ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３５３ｘ．２００９．１０．０１３
大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析
王亚盛１，张丽燕１，刁生进２
（１．威海职业学院，山东威海２６４２１０；２．威海高迸电子有限公司，山东威海２６４２０９）摘要：采用国家标准（ＧＢｌ７７２）规定的电子元器件加速寿命试验方法，选择了工作环境温度作为加速应力，设计了四个应力等级的大功率ＬＥＤ加速寿命试验方案并进行试验。试验结果丝引线球焊处开裂、金属化层失效等主要失效机理的产生原因以及温度、电流密度之间关系分析，认为基于Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行大功率ＬＥＤ加速寿命试验存在不足和缺陷，不能准确地预测稳态温度下的ＬＥＤ寿命，应当对Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正。
关键词：大功率ＬＥＤ；激活能；失效机理；加速寿命
中图分类号：ＴＮ３０６
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３．３５３Ｘ（２００９）１０。０９８６—０５
ＴｅｓｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈ—ＰｏｗｅｒＬＥＤＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＬｉｆｅ
ＷａｎｇＹａｓｈｅｎ９１，ＺｈａｎｇＬｉｙａｎｌ，ＤｉａｏＳｈｅｎ西ｉｎ２
（１．Ｗｅｉｈａｉ
ＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２１０，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｗｅｉｈａｉ
Ｃ．∞ｙｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｃｏ．，ｌｚｄ．，Ｗｅｉｈａｉ
２６４２０９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｕｒｓｔｒｅｓｓ－－ｇｒａｄｅｓｏｆｈｉｓｈ・－ｐｏｗｅｒＬＥＤ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅｔｅｓｔ
ｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ
ｌｉｆｅ
ｔｅｓｔ
ｍｅｔＩｌｏｄｓｏｆ
ＧＢｌ７７２
ｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ．ａｎｄ
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ａｓ
ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｔｒｅｓｓ．ＴｅｓｔＩｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａＩ℃２
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ｍｏｄｅｓ
ｆｏｒｅａｃｈｓｔｒｅｓｓ
ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ
ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ
ｅｎｅｒｇｙ
ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ
ａｒｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ
ｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｇｏｌｄ－ｗｉｒｅｓｏｌｄｅｒｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄｍｅｔａｌｌａｙｅｒｆａｉｌｕｒｅａｓ
ｗｅｌｌ
ａｓ
ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ
ｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ
ａｎｄ
ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅ
ｔｅｓｔ
ｏｆＡｒｒｈｅｎｉｕｓｍｏｄｅｌｗｅｒｅ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
ｎｅＬＥＤ
ｌｉｆｅｕｎｄｅｒｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｌ
ｎｏｔ
ｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｔｈｅＡｒｒｈｅｎｉｕｓ
ｍｏｄｅｌｓｈｏｕｌｄｂｅａｍｅｎｄｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｓｈ－ｐｏｗｅｒＬＥＤ；
ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ
ｅｎｅｒｇｙ；
ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅ
ＥＥＡＣＣ：０１７０Ｎ
０
引言
目前，ＬＥＤ、激光二极管等半导体光电器件的
加速寿命试验中，普遍采用温度或电流作为加速应力，基于Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行稳态工作温度下的寿
命预测。本文结合美国ＬＵＭＩＬＥＤ、ＣＲＥＥ等公司的
９８６半导体技术第３４卷第１０期
加速寿命试验方案，引用了ＭＩＬ－ＳＴＤ．７５０，ＭＩＬ－
ＨＡＢＫ．２１７Ｃ，ＧＢｌ７７２技术标准，对工作电流２０
ｍＡ
的小功率蓝光ＬＥＤ和工作电流３５０
ｍＡ的大功率蓝
光ＬＥＤ，以温度作为加速应力进行多次试验，发现
在不同应力等级下出现的失效模式有差异，得到的
激活能也不同，因而无法准确预测ＬＥＤ稳态工作
２００９年１０月
万方数据
王亚盛等：大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析
温度下的寿命。应用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行ＬＥＤ寿命预测存在一定的局限性和缺陷，需要对Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正。
１
加速寿命试验方案
１．１
加速应力与应力水平１．Ｉ．１
以温度作为加速应力
工作环境温度（以ＬＥＤ封装引脚焊接点的温度Ｌ为测量点）与ＬＥＤ失效之间的关系极为密
切，在ＬＥＤ器件系统热阻Ｒｔｈ不变的前提下，７－（“）
升高，其结温ｒ（ｊ，ｉ）也升高，导致ＬＥＤ提前失效。
因此，依据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型，采用引脚焊接点温度ｒ（．．ｉ）作为加速寿命试验的加速应力。
以ＸＲ．Ｅ和Ｓ－４０ＬＥＤ相同封装的样品进行试
验，其结温ｒ（ｊ。ｉ）为
Ｔ（ｊ．ｉ）＝Ｐ（ｔ，ｉ）。ＪＲｔｈ＋ｒ（。，ｉ）
（１）
式中：Ｐ。为ＬＥＤ热耗散功率，单位ｗ；ＸＲ．Ｅ型的
ＬＥＤ热阻Ｒｔｈ＝８。Ｃ／Ｗ；Ｓ一４０型的ＬＥＤ热阻ＲｔｌＩ＝