可靠性-LED加速老化寿命试验方法概论Word文档

一、可靠性理论基础
1.可靠度：
如果有N个LED产品从开始工作到t时刻的失效数为n(t)，当N足够大时，产品在t时刻的可靠度可近似表示为：
随时间的不断增长，将不断下降。

它是介于1与0之间的数，即。

2.累积失效概率：
表示发光二极管在规定条件下工作到t这段时间内的失效概率，用F(t)表示，又称为失效分布函数。

如果N个LED产品从开始工作到t时刻的失效数为n(t)，则当N足够大时，产品在该时刻的累积失效概率可近
似表示为：
3.失效分布密度：
表示规定条件下工作的发光二极管在t时刻的失效概率。

失效分布函数的导函数称为失效分布密度，其表达式如下：
•早期失效期；
•偶然失效期(或稳定使用期) ；
•耗损失效期。

二、寿命
老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。

器件老化程度与外加恒流源的大小有关，
可描述为：
B t为t时间后的亮度，B0为初始亮度。

通常把亮度降到B t=0.5B0所经历的时间t称为二极管的寿命。

1. 平均寿命
如果已知总体的失效分布密度f（t），则可得到总体平均寿命的表达式如下：
2. 可靠寿命
可靠寿命T R是指一批LED产品的可靠度下降到r时，所经历的工作时间。

T R可由R（T R）=r求解，假如该产品的失效分布属指数分布规律，则：
即可求得T R如下:
3. 中位寿命
中位寿命T0.5指产品的可靠度R(t)降为50%时的可靠寿命，即：对于指数分布情
况，可得：
二、LED寿命测试方法
LED寿命加速试验的目的概括起来有：
•在较短时间内用较少的LED估计高可靠LED的可靠性水平
•运用外推的方法快速预测LED在正常条件下的可靠度；
•在较短时间内提供试验结果，检验工艺；
•在较短时间内暴露LED的失效类型及形式，便于对失效机理进行研究，找出失效原因；
•淘汰早期失效产品，测定元LED的极限使用条件
1. 温度加速寿命测试法
由于通常LED寿命达到10万小时左右，因此要测得其常温下的寿命时间太长，因此采用加速寿命的方法。

根据高温加速寿命得的结果外推其他温度下的寿命。

LED温度加速老化寿命测试原理是基于Arrhenius 模型。

利用该模型可以发现由温度应力决定的反应速度的依赖关系，即
式中L为寿命，Ea为激活能，A为常数，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度。

因此测试温度应有两个，即还需测得另一个温度T2下器件寿命为L2。

可以求得激活能Ea。

样便可以求得温度
T1对某温度T3下的加速系数K3: 。

有：
可见实验需要测得同一批器件在两个不同温度下的寿命，然后推得其他温度下的寿命。

这就要求被测器件的数量应足够多，才能避免个性影响，而得到共性，即得到统计寿命值才真实。

LED从正常状态进入劣化状态的过程中，存在能量势垒，跃过这个势垒所需要的能量必须由外部供给，这个能量势垒就称为激活能。

可以看出，激活能越大曲线倾斜越大，与温度关系越密切，加速系数越大，温度越高加速系数越大。

由于器件向失效发展的机理不同，其能量势垒的高度也不同，所以其激活能量值Ea也不一样，就像其它半导体器件一样，根据激活能量值Ea推出失效机理，据此改进器件设计和生产工艺。

某一批次器件的Ea可看出近似相同。

2.电流加速寿命测试法
从图中可以看到，当驱动电流较小时，在老化的初始阶段衰减幅度较小。

当相对光功率衰减到P/P0<0.8~0.9以后，相对光输出功率与老化时间之间满足关系式:
（1）
其中α是拟合直线的斜率，它与驱动电流无关是一个常数为0.27，将t0定义为P/P0=1时的点，它是与电流强
度的大小有关，可表示为：
(2)
将（1）式进行适当的变换可以得到：（3）
联立 (2)、(3) 就可以计算出输出功率衰减到一半时(即P/P0=0.5)的寿命: （4）I F驱动电流强度，单位为mA；t F为老化时间，单位为小时。

以40mA为例，利用公式通过测量驱动电流为40mA时的寿命来推导LED在驱动电流为20mA时的寿命。

假设我们己经测得测量驱动电流为40mA时的寿命为，则驱动电流为20mA时的寿命为:
也就是说，驱动电流为20mA时的寿命为驱动电流为40mA时的寿命的6.498倍。

3. 普通条件外推法
当LED通过一定的电流时，认为它的光强随时间的衰减满足一定的指数关系，如下图所示。

其中B t为老化t小时后的亮度，B0为LED的初始亮度，而τ为与LED和电流值有关的常数。

通常把亮度降到B t=0.5B0所经历的时间T称为LED的寿命。

测定T要花很长的时间，通常以推算求得寿命。

在实际的测量过程中，给LED通额定工作电流20mA恒流源，点燃t1小时(其中t1一般为1000-10000小时之间)。

先后测得B t，B0，将这些数据代入
就可以求得常数τ，再把B t=0.5B0，这样就可以求得寿命T。

造成功率LED光衰的应力主要来自于结温的影响，因此对白光LED寿命的测试采用温度作为恒定加速应力比较合适。

失效判据
考虑到白光功率LED光通量的衰减，一个白光功率LED照明光源的有效寿命可以采用两种判据：•一种是在25℃的环境温度时光通量衰减到初始值的50％的工作时间；
•另一种是在同样工作条件下光通量衰减到初始值70％的工作时间。

3. 加速试验应力摸底
烘箱恒定温度Ta分别为85℃、125℃、150℃、165℃、175℃、185℃。

恒定时间96小时取出样管。

恢复1小时，再逐支测LED的光通量。

摸底试验结果表明：在125℃以下光通量在有限的时间内几乎没有变化，从150℃开始略有变化。

直至185℃下出现有1支样品管光衰较大。

由此选定165℃和175℃、185℃、350mA、96-180小时作为恒定加速应力的试验条件。

4. 实验数据处理
由阿仑尼斯模型给出计算不同结温的期望工作寿命和激活能的公式：(1)
P0为初始光通量；P为加温加电后的光通量；β为某一温度下的衰退系数：t为某一温度下的加电工作时间；由阿仑尼斯模型给出计算不同结温的期望工作寿命和激活能的公式：(2)β0为常数；Ea为激活能；k为波耳兹曼常数；I F为工作电流；Tj为结温；结温可按公式（3）求得：
（3）Tc为壳温；V F为正向电压；R j-c为结到壳的热阻。

1. LED的失效类别：
根据阿仑尼斯模型给出计算不同结温的期望工作寿命和激活
能的公式
P=P0exp(-βt)
β=β0Ifexp(-Ea/kTj)
式中： P0 为初始光通量; P 为加温加电后的光通量;β为某一温度下的
衰减系数; t为某一温度下的加电工作时间;β0为常数; Ea为激活能;k为波耳兹曼
常数(8 62×10 5eV);If 为工作电流;Tj为结温;而
Tj=Tc+Vf*If*Rj-c
式中：Tc 为 DUA的外壳温度;Vf 为正向电压;Rj-c 为芯片结到壳的热阻
[3]。

（注：素材和资料部分来自网络，供参考。

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