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          LED照明燈具可靠性內(nèi)容介紹

          作者: 時間:2012-06-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          所涉及的技術(shù)問題很多、很復(fù)雜,其中主要是系統(tǒng)問題,包含芯片、封裝器件、驅(qū)動電源模塊、散熱和。以下分別對這些問題進(jìn)行分析:

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/167872.htm

            1.相關(guān)

            在分析LED燈具可靠性之前,先對LED可靠性有關(guān)的基本作些,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(biāo)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(dāng)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(rèn)LED燈具壽命是否達(dá)到3.5萬小時,需要進(jìn)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,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(dá)到初始值的86%以上。此時才可證明確保LED壽命達(dá)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(jìn)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(jìn)、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(xì)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(biāo)準(zhǔn),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。

            (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(biāo),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(jìn)行推算,一般壽命達(dá)10萬小時以上,甚至幾十萬小時。

            (2)器件封裝的失效

            有報道稱:LED器件失效大約70%以上是由封裝引起,所以封裝技術(shù)對LED器件來說是關(guān)鍵技術(shù)。有關(guān)LED器件封裝技術(shù)在文章[3]、[4]中有詳細(xì)論述,所以在此不作,只簡要分析有關(guān)LED器件封裝的可靠性問題。LED封裝引起的失效是從屬失效,其原因很復(fù)雜,主要來源有三部分:

            其一,封裝材料不佳引起,如環(huán)氧、硅膠、熒光粉、基座、導(dǎo)電膠、固晶材料等。

            其二,封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,如材料不匹配、產(chǎn)生應(yīng)力、引起斷裂、開路等。

            其三,封裝工藝不合適,如裝片、壓焊、點膠工藝、固化溫度及時間等。

            為提高器件封裝可靠性,首先在原材料選用方面要嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量,在封裝結(jié)構(gòu)上除了考慮出光效率和散熱外,還要考慮多種材料結(jié)合在一起時的熱漲匹配問題。在封裝工藝上,要嚴(yán)格控制每道工序的工藝流程,盡量采用自動化設(shè)備、確保工藝的一致性及重復(fù)性,保障LED器件性能和可靠性指標(biāo)。

            3. LED驅(qū)動電源模塊

            現(xiàn)階段國內(nèi)LED驅(qū)動電源有較多質(zhì)量問題,據(jù)報道,LED燈具失效,約70%以上是由驅(qū)動電源引起,這個問題應(yīng)引起行內(nèi)業(yè)者的重視。首先來分析電源模塊功能,一般由四部分組成:

            電源變換:高壓變低壓、交流變直流、穩(wěn)壓、穩(wěn)流。

            驅(qū)動電路:分立器件或集成電路能輸出較大功率組成的電路。

            控制電路:控制光通量、光色調(diào)、定時開關(guān)及智能控制等。

            保護(hù)電路:保護(hù)電路內(nèi)容太多,如過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)、輸出開路保護(hù)、低壓鎖存、抑制電磁干擾、傳導(dǎo)噪聲、防靜電、防雷擊、防浪涌、防諧波振蕩等。

            作為LED驅(qū)動模塊的功能,電源變換和驅(qū)動電路一定要有,控制電路要看實際需求而定,保護(hù)電路要根據(jù)實際產(chǎn)品可靠性的需要來確定,采取保護(hù)電路,需要增加費用,這與電源的成本是矛盾的。有報道稱,如果電源成本每瓦平均2~3元,其性價比還是較高。如何提高驅(qū)動電源模塊質(zhì)量,確保LED燈具的可靠性,原則上應(yīng)采取以下幾點措施:

            其一,電源模塊必須選用品質(zhì)好的電子元器件。

            其二,整體線路設(shè)計合理,包含電源變換、驅(qū)動電路、控制電路和保護(hù)電路。

            其三,選用合適的保護(hù)電路,既可保護(hù)模塊性能質(zhì)量,又不增加太多的成本。

            根據(jù)現(xiàn)有電源驅(qū)動模塊的質(zhì)量水平,要確保LED燈具壽命達(dá)到3.5萬小時,其難度是很大的。

          led燈相關(guān)文章:led燈原理



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