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老化測試設(shè)備

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加速可靠性試驗(yàn)中 LED壽命的快速評(píng)估

發(fā)布時(shí)間:2017-03-10T15:03:40

大功率LED具有效率高、壽命長、環(huán)保和體積緊湊等優(yōu)點(diǎn),在背光燈、路燈、景觀照明、汽車大燈等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,被譽(yù)為取代傳統(tǒng)光源的新一代綠色光源[1-3]。在這些優(yōu)點(diǎn)中,值得一提的是,LED的理論壽命可以達(dá)到50000 h圖1.1設(shè)備鏈接方法.但是,由于受生產(chǎn)廠家的技術(shù)、生產(chǎn)工藝、使用的材料不同等各種因素的影響,各廠的大功率LED產(chǎn)品的壽命不盡相同。生產(chǎn)商在推出新的產(chǎn)品時(shí),往往會(huì)公布一系列產(chǎn)品參數(shù),其中包括產(chǎn)品壽命。目前國內(nèi)的廠家公布的LED產(chǎn)品壽命數(shù)據(jù)大多還是50000 h的理論壽命,缺乏實(shí)際的預(yù)測。

由于LED產(chǎn)品的壽命較長,采用傳統(tǒng)的方法測定其使用壽命需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力,一般采用高加速可靠性實(shí)驗(yàn)來對(duì)LED產(chǎn)品的壽命進(jìn)行測試推斷

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

。目前的加速測試大多數(shù)采用的是離線方法,即在測試樣品初始參數(shù)后將樣品置于實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,一段時(shí)間后拿出來測量相應(yīng)的參數(shù),隨后再放回到實(shí)驗(yàn)環(huán)境,如此反復(fù)得到一系列離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這種方法的特點(diǎn)在于,為了減小測試時(shí)取出LED樣品對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的影響,通常兩次測量的間隔時(shí)間很長,導(dǎo)致整個(gè)測試周期很長。換言之,離線測試方法在短期內(nèi)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很少。因此,如何快速評(píng)估加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

本文通過采用一種在線測試的方法,實(shí)時(shí)地采集高溫加速實(shí)驗(yàn)條件下LED模塊的出光數(shù)據(jù),在較短的時(shí)間內(nèi)獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)高溫加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命進(jìn)行了推斷評(píng)估。

1在線測試方法

傳統(tǒng)的高加速實(shí)驗(yàn)之所以采用離線的測試方法,是因?yàn)闇y試設(shè)備不能夠耐住嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)條件,如高溫、高低溫循環(huán)、熱沖擊等。對(duì)于大功率LED而言,高加速老化實(shí)驗(yàn)中所關(guān)心的參數(shù)主要是出光的相對(duì)衰減。因此,通過將LED的出光傳導(dǎo)出來,可以在室溫條件下對(duì)出光數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和采集,達(dá)到在線測試的目的。

本文采用的在線測試方法的原理如圖1所示。通過特制的耐高溫光纜將LED模塊發(fā)出的光傳導(dǎo)出來,在室溫下利用照度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,并將出光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦上。利用手工設(shè)計(jì)的夾具保證了 LED模塊、光纜入口和出口以及照度計(jì)探頭的同軸性,并利用內(nèi)壁開有小孔的手工設(shè)計(jì)的盒子來保證,在不影響盒子內(nèi)外環(huán)境一致的情況下,盡可能地減少外界光對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影Ⅱ向。

通過在不同注入電流條件下的在線測試結(jié)果與積分球測試結(jié)果的比較,驗(yàn)證了在線測試結(jié)果的相對(duì)變化可以如實(shí)地反映實(shí)際出光的相對(duì)變化。在 0~360 mA之間選取13個(gè)數(shù)值作為注入電流,依次測得在相應(yīng)注入電流下,分別利用在線測試設(shè)備和積分球采集相應(yīng)光參數(shù),所得結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,當(dāng)電流為350 mA時(shí),在線測試采集的光照度為1385.22 lx,積分球采集的總光通量為15.39 Im,二者的關(guān)系可以用下式表示

計(jì)算公式

其中,F(xiàn)V為總光通量,Ev為在線測試的光照度,F(xiàn)v' 為相對(duì)光通量,S為探頭的面積,K是常數(shù),K= 1.11%。計(jì)算在330lnA下的最大偏差,可知相對(duì)誤差為1.4%,標(biāo)準(zhǔn)差為0.93%。由此可見,在線測試的光照度和總光通量之間的線性擬合關(guān)系很好,可以很好地反映實(shí)際出光的相對(duì)變化。

測試結(jié)果的比較

2實(shí)驗(yàn)過程

本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)備為在線測試設(shè)備,包括穩(wěn)流電源、夾具、恒溫箱、特指光纜、照度計(jì)、電腦以及若干導(dǎo)線,實(shí)驗(yàn)樣品為l W藍(lán)光LED模塊。參照?qǐng)D 1.1連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備,將實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定在1250C恒溫,注入電流設(shè)定為350 mnA,電腦軟件設(shè)定為每隔30 s 采集一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采集時(shí)間設(shè)為500h。

測試結(jié)果的比較

2實(shí)驗(yàn)過程

在經(jīng)過400 h后,對(duì)在線測試采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。由圖3可知,利用在線測試的方法可以采集到的數(shù)據(jù)樣本非常大,在1250C的實(shí)驗(yàn)條件下經(jīng)過424 h的老化,LED模塊的相對(duì)出光衰減了約90%,采樣數(shù)據(jù)的誤差主要來源于照度計(jì)探頭的不穩(wěn)定性。

圖3LED模塊相對(duì)出光的時(shí)間的變化

由 TM-21標(biāo)準(zhǔn)圖3LED模塊相對(duì)出光的時(shí)間的變化可知,溫度對(duì)LED壽命的影響可以用指數(shù)衰減的模型進(jìn)行推斷,即

計(jì)算公式

其中,t是實(shí)驗(yàn)時(shí)間,φ(t)是相對(duì)出光,B是初始常數(shù),α是衰減率。對(duì)于如LED的半導(dǎo)體器件而言,退火的影響會(huì)導(dǎo)致其在開始階段的出光發(fā)生波動(dòng),不能真實(shí)反應(yīng)溫度對(duì)樣品的實(shí)際影響。因此,舍棄掉開始階段的數(shù)據(jù),利用12~424 h的數(shù)據(jù)對(duì)LED模塊的壽命衰減進(jìn)行推斷。如圖4所示,推斷結(jié)果顯示,B= 0.98926,α=1.74404x10-4,LED樣品推斷的中位壽命(相對(duì)出光衰減到一半所需的時(shí)間)為 Lso=3912 h,相關(guān)度r2= 0.95354。

定義快速測試方法與常規(guī)離線測試方法相比的加速程度為,推斷出的樣品中位壽命與推斷所用數(shù)據(jù)的測試時(shí)間的比值,即

計(jì)算公式

對(duì)于本實(shí)驗(yàn),加速程度A= 9.2。由此可知,采用這種方法可以大幅縮短高溫加速實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,達(dá)到快速評(píng)估高溫加速實(shí)驗(yàn)中LED壽命的目的。

中位壽命原理推斷圖

4結(jié) 論

本文提出了一種在線測試的方法,開展了不同電流下的對(duì)比試驗(yàn)對(duì)其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證,并利用此方法對(duì)高溫加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命進(jìn)行了推斷。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的離線測試方法相比,采用在線測試方法對(duì)高加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED壽命進(jìn)行推斷,可以有效地減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間,達(dá)到快速評(píng)估高溫加速可靠性試驗(yàn)中LED壽命的目的。

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