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LED燈具加速壽命測試方法

　　為了快速發(fā)現(xiàn)LED光源模塊的失效點(diǎn)和薄弱點(diǎn)，通常采用加速壽命試驗(yàn)對其進(jìn)行可靠性研究試驗(yàn)。所謂加速壽命試驗(yàn)就是在不改變失效機(jī)理的前提下，采用提高應(yīng)力的方法，使器件加速失效，以便在較短的時間內(nèi)取得加速情況下的失效率、壽命等數(shù)據(jù)，然后推算出在正常狀態(tài)應(yīng)力條件下的可靠性特征量。加大應(yīng)力情況下能加快LED內(nèi)部物理化學(xué)的變化，迅速暴露出器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的缺陷，為LED光源模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料優(yōu)化提供依據(jù)和參考。目前常用的施加應(yīng)力條件包括溫度、濕度、振動與沖擊、太陽輻射(紫外輻射)、電磁輻射、氣壓強(qiáng)度、化學(xué)物質(zhì)(腐蝕氣體)、沙塵、電壓、電流等，多項(xiàng)研究證明，針對LED光源模塊比較有效的加速應(yīng)力主要是溫度、濕度、電流和振動，LED燈具可靠性試驗(yàn)方法的關(guān)鍵在于如何采用應(yīng)力的組合方式、施加時間和施加方式。按照在試驗(yàn)時施加應(yīng)力的方式，加速壽命試驗(yàn)可以分為以下幾種。

　　1.恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

　　恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是將樣品分為幾組，每一組都在一個固定的應(yīng)力下進(jìn)行試驗(yàn)，樣品在試驗(yàn)期間所承受的應(yīng)力保持不變，應(yīng)力水平數(shù)不少于3個。該試驗(yàn)的試驗(yàn)時間較長，樣品數(shù)量相對多一些。但與其他兩種加速壽命試驗(yàn)相比是最為成熟的試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)設(shè)備相對簡單，試驗(yàn)條件易于控制，試驗(yàn)結(jié)果誤差也較小，因而得到廣泛應(yīng)用。目前美國能源之星對LED燈具壽命的測試就是采用這個方法，必須先測試LED芯片在55℃，85℃以及一個廠家指定的溫度環(huán)境下的6000小時光衰數(shù)據(jù)，然后再測試LED芯片在LED燈具中的溫度，就可以推算出LED燈具壽命。但是恒定應(yīng)力加速方法所需要的時間還是太長，無法適應(yīng)市場的需要。

　　2.步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

　　步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是樣品在試驗(yàn)期間所承受的應(yīng)力按一定的時間間隔階梯式增加，直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止。該試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^短的時間內(nèi)觀察到元器件的失效，而且只需要一組試驗(yàn)樣品。但是兩組應(yīng)力之間的時間間隔不容易確定。時間間隔太短，則變更應(yīng)力時的過渡效應(yīng)會對產(chǎn)品的老化結(jié)果帶來影響，時間間隔太長，則與恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)無本質(zhì)區(qū)別。而且以步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)來確定產(chǎn)品的壽命——應(yīng)力關(guān)系的話，誤差也相對較大。

　　目前一個研究熱點(diǎn)就是利用步進(jìn)溫度應(yīng)力和恒定高濕度應(yīng)力對LED光源子系統(tǒng)進(jìn)行加速退化試驗(yàn)，從而預(yù)測其壽命。運(yùn)用這個方法必須基于以下五個假設(shè)：

　　(1)試驗(yàn)樣品經(jīng)歷的性能退化不可逆轉(zhuǎn)，即性能退化過程具有單調(diào)性。

　　(2)在每一個加速應(yīng)力水平下，試驗(yàn)樣品的失效機(jī)理與失效模式均保持不變。

　　(3)在不同應(yīng)力水平下試驗(yàn)樣品的加速退化數(shù)據(jù)具有相同的分布形式，同時利用性能退化數(shù)據(jù)得到的樣品偽失效壽命在不同應(yīng)力水平下應(yīng)服從同一分布類型。

　　(4)試驗(yàn)樣品具有“無記憶特性”，其殘余壽命與累積的方式無關(guān)，僅取決于加載的應(yīng)力水平和已累積失效部分。

　　(5)可以通過線性或線性化的表達(dá)式來描述產(chǎn)品的性能退化過程。

　　一般選定三個步進(jìn)溫度應(yīng)力水平和一個恒定濕度應(yīng)力水平，首先計(jì)算具體溫度應(yīng)力步長時間，然后確定置信度、樣品數(shù)量等，當(dāng)試驗(yàn)時間到達(dá)終止時間，選取擬合程度較高的退化模型擬合退化數(shù)據(jù)，計(jì)算出樣品在恒定高濕應(yīng)力下不同溫度應(yīng)力水平的偽失效壽命，最后求出正常應(yīng)力水平下的光源可靠度分布函數(shù)等可靠性特征，并計(jì)算出壽命。利用此方法一般測試時間為2000小時，可以滿足市場需要，但是最終可靠的研究成果還未通過與實(shí)際點(diǎn)燃燈具壽命的比對驗(yàn)證。

　　3.序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

　　序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是樣品在試驗(yàn)期間所承受的應(yīng)力按時間等速增加，直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止，該試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是加速效率最高，試驗(yàn)時間最短。但試驗(yàn)的過程中應(yīng)力隨時間連續(xù)增加，為了確定元器件的退化程度與應(yīng)力-時間的依賴關(guān)系，需要在幾個不同的應(yīng)力-時間變化率上重復(fù)做幾次試驗(yàn)，因此這就決定了其統(tǒng)計(jì)分析非常復(fù)雜，而且試驗(yàn)裝置比較昂貴，因而較少采用。

　　4.高加速壽命試驗(yàn)

　　現(xiàn)在一個LED可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方向是在步進(jìn)應(yīng)力加速和序進(jìn)應(yīng)力加速的基礎(chǔ)上，綜合其它應(yīng)力條件的高加速壽命試驗(yàn)(HALT)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GWM8287，高加速壽命試驗(yàn)的第一步是進(jìn)行步進(jìn)溫度試驗(yàn)。

　　第二步進(jìn)行快速溫度變化試驗(yàn)。

　　第三步進(jìn)行步進(jìn)振動試驗(yàn)。

　　第四步進(jìn)行步進(jìn)振動和快速溫度變化同時作用的試驗(yàn)。

　　最后根據(jù)實(shí)際樣品情況在上述四個步驟的基礎(chǔ)上進(jìn)行序進(jìn)應(yīng)力加速循環(huán)試驗(yàn)，把幾種應(yīng)力條件不斷提高，直到產(chǎn)品失效為止。這種方法的主要目的是找到產(chǎn)品的應(yīng)力極限，不可預(yù)測壽命，一般試驗(yàn)時間小于100小時。

　　這四種加速壽命試驗(yàn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際的可靠性研究試驗(yàn)中應(yīng)針對不同試驗(yàn)品特點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)方法的選擇。

　　目前LED燈具可靠性和加速壽命檢測方法都在研究當(dāng)中，不同的研究機(jī)構(gòu)都有自己的研究方向和觀點(diǎn)。筆者認(rèn)為2000小時左右的加速測試時間市場可以接受，檢測費(fèi)用也不會過高，應(yīng)力加速測試時間結(jié)束后，除了測試常用的LED燈具光通量、色坐標(biāo)等指標(biāo)以外，建議可以加上LED電噪聲功率譜等一些可以反映微觀物理機(jī)制改變的可靠性指標(biāo)。因?yàn)楣馔康淖兓⒉幻舾校铀賶勖鼫y試后，某些LED燈具實(shí)際可靠性結(jié)構(gòu)和微觀物理機(jī)制已經(jīng)發(fā)生變化，但是光通量和色坐標(biāo)并沒有明顯變化，如果配以其他可靠性指標(biāo)的測試可以提高可靠性檢測結(jié)果的可信度。