LED燈具所涉及的技術(shù)問題很多、很復(fù)雜,其中主要是系統(tǒng)可靠性問題,包含LED芯片、封裝器件、驅(qū)動電源模塊、散熱和燈具的可靠性。以下分別對這些問題進行分析:
1.LED燈具可靠性相關(guān)內(nèi)容介紹
在分析LED燈具可靠性之大功率電感貼片電感器前,先對LED可靠性有關(guān)的基本內(nèi)容作些介紹,將對LED燈具可靠性的深入分析有所幫助。
(1)本質(zhì)失效、從屬失效
LED器件失效一般分為二種:本質(zhì)失效和從屬失效。本質(zhì)失效指的是LED芯片引起的失效,又分為電漂移和離子熱擴散失效。從屬失效一般由封裝結(jié)構(gòu)材料、工藝引起,即封裝結(jié)構(gòu)和用的環(huán)氧、硅膠、導(dǎo)電膠、熒光粉、焊接、引線、工藝、溫度等因素引起的。
(2)十度法則
某些電子器件在一定溫度范圍內(nèi),溫度每升高10℃,其主要技術(shù)指標下降一半(或下降1/4)。實踐證明,LED器件熱沉溫度在50℃至80℃時,LED壽命值基本符合十度法則。最近也有媒體報道:LED器件溫度每上升2℃,其壽命下降10%,當溫度從63℃上升至74℃時,平均壽命下降3/4。因為器件封裝工藝不同,完全可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
(3)壽命的含義
LED壽命是指在規(guī)定工作條件下,光輸出功率或光通量衰減到初始值的70%的工作時間,同時色度變化保持在0.007內(nèi)。
LED平均壽命的意義是LED產(chǎn)品失效前的工作時間的平均值,用MTTF來表示,它是電子器件最常用的可靠性參數(shù)。
可靠性試驗內(nèi)容包括可靠性篩選、環(huán)境試驗、壽命試驗(長期或短期)。我們這里所討論的只是壽命試驗,其他項目暫不考慮。
(4)長期壽命試驗
為了確認LED燈具壽命是否達到3.5萬小時,需要進行長期壽命試驗,目前的做法基本上形成如下共識:因GaN基的LED器件開始的輸出光功率不穩(wěn)定,所以按美國ASSIST聯(lián)盟規(guī)定電感廠家,需要電老化1000小時后,測得的光功率或光通量為初始值。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%,即光通量達到初始值的86%以上。此時才可證明確保LED壽命達到3.5萬小時。
(5)加速(短期)壽命試驗
電子器件加速壽命試驗可以在加大應(yīng)力(電功率或溫度)下進行試驗,這里要討論的是采用溫度應(yīng)力的辦法,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。采用此方法將會大大地縮短LED壽命的測試時間,有利于及時改進、提高LED可靠性。加溫度應(yīng)力的壽命試驗方法在文章[2]中已詳細論述,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)得到不同加速模壓電感器應(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。該試驗方法是可靠的,目前已在這個研究成果上,起草制定“半導(dǎo)體發(fā)光二極管壽命的試驗方法”標準,國內(nèi)一些企業(yè)也同時研制加速壽命試驗的設(shè)備儀器。
2. LED器件可靠性
LED器件可靠性主要取決于二個部分:外延芯片及器件封裝的性能質(zhì)量,這二種失效機理完全不一樣,現(xiàn)分別敘述。插件電感
(1)外延芯片的失效
影響外延芯片性能及質(zhì)量的,主要是與外延層特別是P-n結(jié)部分的位錯和缺陷的數(shù)目和分布情況,金屬與半導(dǎo)體接觸層質(zhì)量,以及外延層及芯片表面和周邊沾污引起離子數(shù)目及狀況有關(guān)。芯片在加熱加電條件下,會逐步引起位錯、缺陷、表面和周邊產(chǎn)生電漂移及離子熱擴散,使芯片失效,正是上面所說的本質(zhì)失效。要提高外延芯片可靠性指標,從根本上要降低外延生長過程中產(chǎn)生的位錯和缺陷以及外延層表面和周邊的沾污,提高金屬與半導(dǎo)體接觸質(zhì)量,從而提高工作壽命的時間。目前有報道,對裸芯片作加速壽命試驗,并進行推算,一 大功率電感廠家 |大電流電感工廠