全方位解析LED芯片壽命測(cè)試

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-03-07

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 作為電子元器件,，發(fā)光二極管已出現(xiàn)40多年，但長(zhǎng)久以來(lái),，受到發(fā)光效率和亮度的限制,，僅為指示燈所采用，直到上世紀(jì)末突破了技術(shù)瓶頸,，生產(chǎn)出高亮度高效率的LED和蘭光LED,，使其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到信號(hào)燈、城市夜景工程,、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,， led質(zhì)量,，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)程中,，需要通過(guò)壽命試驗(yàn)對(duì)LED芯片的可靠性水平進(jìn)行*價(jià)，LED照明工程,，并通過(guò)質(zhì)量反饋來(lái)提高LED芯片的可靠性水平,，以保證LED芯片質(zhì)量，為此在實(shí)現(xiàn)全色系LED產(chǎn)業(yè)化的同時(shí),，開(kāi)發(fā)了LED芯片壽命試驗(yàn)的條件,、方法、手段和裝置等,，以提高壽命試驗(yàn)的科學(xué)性和結(jié)果的準(zhǔn)確性,。

    壽命試驗(yàn)條件的確定

　　電子產(chǎn)品在規(guī)定的工作及環(huán)境條件下,，進(jìn)行的工作試驗(yàn)稱(chēng)為壽命試驗(yàn),，又稱(chēng)耐久性試驗(yàn)。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(wàn)小時(shí)，如果仍采用常規(guī)的正常額定應(yīng)力下的壽命試驗(yàn),，很難對(duì)產(chǎn)品的壽命和可靠性做出較為客觀的*價(jià),，而我們?cè)囼?yàn)的主要目的是,，LED燈管，通過(guò)壽命試驗(yàn)掌握LED芯片光輸出衰減狀況,，進(jìn)而推斷其壽命,。根據(jù)LED器件的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析,，最終規(guī)定了0.3×～0.3mm2以下芯片的壽命試驗(yàn)條件：

　　[1],。樣品隨機(jī)抽取，數(shù)量為8～10粒芯片,，制成ф5單燈,；

　　[2]。工作電流為30mA,；

　　[3],。環(huán)境條件為室溫(25℃±5℃)；

　　[4],。試驗(yàn)周期為96小時(shí),、1000小時(shí)和5000小時(shí)三種；

　　工作電流為30mA是額定值的1.5倍,，是加大電應(yīng)力的壽命試驗(yàn),，其結(jié)果雖然不能代表真實(shí)的壽命情況，但是有很大的參考價(jià)值,；壽命試驗(yàn)以外延片生產(chǎn)批為母樣,，隨機(jī)抽取其中一片外延片中的8~10粒芯片，封裝成ф5單燈器件,，口碑,，進(jìn)行為96小時(shí)壽命試驗(yàn)，其結(jié)果代表本生產(chǎn)批的所有外延片,。一般認(rèn)為,，試驗(yàn)周期為1000小時(shí)或以上的稱(chēng)為長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)。生產(chǎn)工藝穩(wěn)定時(shí),，節(jié)能與環(huán)保,，1000小時(shí)的壽命試驗(yàn)頻次較低，5000小時(shí)的壽命試驗(yàn)頻次可更低,。

　　過(guò)程與注意事項(xiàng)

　　對(duì)于LED芯片壽命試驗(yàn)樣本,，可以采用芯片，一般稱(chēng)為裸晶,，也可以采用經(jīng)過(guò)封裝后的器件,。采用裸晶形式，外界應(yīng)力較小，容易散熱,，因此光衰小,、壽命長(zhǎng)，與實(shí)際應(yīng)用情況差距較大,，雖然可通過(guò)加大電流來(lái)調(diào)整,，但不如直接采用單燈器件形式直觀。采用單燈器件形式進(jìn)行壽命試驗(yàn),，造成器件的光衰老化的因素復(fù)雜,，可能有芯片的因素，也有封裝的因素,。在試驗(yàn)過(guò)程中,，采取多種措施，降低封裝的因素的影響,，對(duì)可能影響壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的細(xì)節(jié),，逐一進(jìn)行改善，保證了壽命試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性,。

樣品抽取方式

　　壽命試驗(yàn)只能采用抽樣試驗(yàn)的*估辦法,， led亮化工程公司，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性,。首先,，產(chǎn)品質(zhì)量具備一定程度的均勻性和穩(wěn)定性是抽樣*估的前提，只有認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量是均勻的,，抽樣才具有代表性,；其次，由于實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量上存在一定的離散性,，我們采取分區(qū)隨機(jī)抽樣的辦法,，以提高壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。我們通過(guò)查找相關(guān)資料和進(jìn)行大量的對(duì)比試驗(yàn),，提出了較為科學(xué)的樣品抽取方式：將芯片按其在外延片的位置分為四區(qū),，分區(qū)情況參見(jiàn)圖一所示，每區(qū)2～3粒芯片,，共8～10粒芯片,， LED置換工程，ROSH認(rèn)證,，對(duì)于不同器件壽命試驗(yàn)結(jié)果相差懸殊,，甚至矛盾的情況，我們規(guī)定了加嚴(yán)壽命試驗(yàn)的辦法,，即每區(qū)4～6粒芯片,，共16～20粒芯片，按正常條件進(jìn)行壽命試驗(yàn),，只是數(shù)量加嚴(yán),，而不是試驗(yàn)條件加嚴(yán)；第三,，一般地說(shuō),，抽樣數(shù)量越多，風(fēng)險(xiǎn)性越小,，壽命試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)果越準(zhǔn)確,，但是，恒光電器,照亮您的生活,，辦公照明,，抽樣數(shù)量越多抽樣數(shù)量過(guò)多，必然造**力,、物力和時(shí)間的浪費(fèi),，試驗(yàn)成本上升。如何處理風(fēng)險(xiǎn)和成本的關(guān)系,，一直是我們研究的內(nèi)容,，我們的目標(biāo)是通過(guò)采取科學(xué)的抽樣方法，在同一試驗(yàn)成本下,，使風(fēng)險(xiǎn)性下降到最低,。

　　光電參數(shù)測(cè)試方法與器件配光曲線(xiàn)

　　在LED壽命試驗(yàn)中，先對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行光電參數(shù)測(cè)試篩選,，淘汰光電參數(shù)超規(guī)或異常的器件,，合格者進(jìn)行逐一編號(hào)并投入壽命試驗(yàn)，完成連續(xù)試驗(yàn)后進(jìn)行復(fù)測(cè),，以獲得壽命試驗(yàn)結(jié)果,。為了使壽命試驗(yàn)結(jié)果客觀、準(zhǔn)確,，除做好測(cè)試儀器的計(jì)量外,，還規(guī)定原則上試驗(yàn)前后所采用的是同一臺(tái)測(cè)試儀測(cè)試，以減少不必要的誤差因素,，這一點(diǎn)對(duì)光參數(shù)尤為重要,；初期我們采用測(cè)量器件光強(qiáng)的變化來(lái)判斷光衰狀況，一般測(cè)試器件的軸向光強(qiáng),，對(duì)于配光曲線(xiàn)半角較小的器件,，光強(qiáng)值的大小隨幾何位置而急劇變化，測(cè)量重復(fù)性差,，影響壽命試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性,，為了避免出現(xiàn)這種情況,，采用大角度的封裝形式，并選用無(wú)反射杯支架,，排除反射杯配光作用,，消除器件封裝形式配光性能的影響，提高光參數(shù)測(cè)試的精確度,，后續(xù)通過(guò)采用光通量測(cè)量得到驗(yàn)證,。

　  樹(shù)脂劣變對(duì)壽命試驗(yàn)的影響

　　現(xiàn)有的環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料受紫外線(xiàn)照射后透明度降低，是高分子材料的光老化,，是紫外線(xiàn)和氧參與下的一系列復(fù)雜反應(yīng)的結(jié)果,，一般認(rèn)為是光引發(fā)的自動(dòng)氧化過(guò)程。樹(shù)脂劣變對(duì)壽命試驗(yàn)結(jié)果的影響,，主要體現(xiàn)1000小時(shí)或以上長(zhǎng)期壽命試驗(yàn),，目前只能通過(guò)盡可能減少紫外線(xiàn)的照射，質(zhì)量,，來(lái)提高壽命試驗(yàn)結(jié)果的果客觀性和準(zhǔn)確性,。今后還可通過(guò)選擇封裝材料，或者檢定出環(huán)氧樹(shù)脂的光衰值,，并將其從壽命試驗(yàn)中排除,。

　　封裝工藝對(duì)壽命試驗(yàn)的影響

　　封裝工藝對(duì)壽命試驗(yàn)影響較大，LED筒燈,，雖然采用透明樹(shù)脂封裝,，可用顯微鏡直接觀察到內(nèi)部固晶、鍵合等情況,，以便進(jìn)行失效分析,，但是并不是所有的封裝工藝缺陷都能觀察到，例如：鍵合焊點(diǎn)質(zhì)量與工藝條件是溫度和壓力關(guān)系密切,，而溫度過(guò)高,、壓力太大則會(huì)使芯片發(fā)生形變產(chǎn)生應(yīng)力，從而引進(jìn)位錯(cuò),，甚至出現(xiàn)暗裂,，影響發(fā)光效率和壽命。引線(xiàn)鍵合,、樹(shù)脂封裝引人的應(yīng)力變化,，如散熱、膨脹系數(shù)等都是影響壽命試驗(yàn)的重要因素,，其壽命試驗(yàn)結(jié)果較裸晶壽命試驗(yàn)差,，但是對(duì)于目前小功率芯片，加大了考核的質(zhì)量范圍,，壽命試驗(yàn)結(jié)果更加接近實(shí)際使用情況,，對(duì)生產(chǎn)控制有一定參考價(jià)值,。

　　壽命試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　壽命試驗(yàn)臺(tái)由壽命試驗(yàn)單元板、臺(tái)架和專(zhuān)用電源設(shè)備組成,，可同時(shí)進(jìn)行550組(4400只)LED壽命試驗(yàn),。

　　根據(jù)壽命試驗(yàn)條件的要求，LED可采用并聯(lián)和串聯(lián)兩種連接驅(qū)動(dòng)形式,。并聯(lián)連接形式：即將多個(gè)LED的正極與正極、負(fù)極與負(fù)極并聯(lián)連接,，其特點(diǎn)是每個(gè)LED的工作電壓一樣,，總電流為ΣIfn，為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)LED的工作電流If一致,，要求每個(gè)LED的正向電壓也要一致,。但是，器件之間特性參數(shù)存在一定差別,，且LED的正向電壓Vf隨溫度上升而下降,，不同LED可能因?yàn)樯�熱條件差別，而引發(fā)工作電流If的差別,，散熱條件較差的LED,，溫升較大，正向電壓Vf下降也較大,，造成工作電流If上升,。雖然可以通過(guò)加入串聯(lián)電阻限流減輕上述現(xiàn)象，但存在線(xiàn)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(diǎn)，因此不宜采用并聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)形式,。