30 LED加速寿命试验方法的研究.ppt

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30 LED加速寿命试验方法的研究

讨论 在制定本标准的过程中进行了多项专题研究,包括芯片封装前后寿命的 对比、导电银浆粘结与共晶焊接的对比、高温存储与高温加电的对比、单一应 力变量(温度)和多应力变量(电流、温度)的对比以及色温漂移摸底等。现 结合试验结果主要从以下几方面加以讨论分析 13.1 失效机理 从失效机理上看,LED裸芯片和其封装产品二者是不一样的。 (1) LED裸芯片的退化除与温度应力有关外,还有电应力的作用,主要是体 内缺陷和离子热扩散和电迁移的物理效应, 热扩散场和电漂移场同时并存,属 于本质失效。 LED芯片的平均寿命高达数十万小时以上,可承受的温度应力大 于200℃ (2) 封装材料(导电银浆、荧光粉胶、环氧树脂、硅胶等)的退化主要是与温度 有关的化学作用, 属于从属失效。封装器件,其平均寿命一般低于10万小时, 而且其耐受的温度因封装材料有很大差异远低于200℃ 。 LED裸芯片与封装器 件的区别主要体现在激活能的数值不同;采用不同的高温存储可以得到封装材 料的激活能。的强度。 (3)在对LED封装产品选取加速试验应力时,可通过高温存储试验进行摸底可确 定最高试验应力。对强度低的封装材料,例如粘结芯片的导电银浆、灌封的环 氧树脂,只能采用较低的温度应力,因而需要较长的试验时间,试验时间不够 则会带来较大的误差。因此LED产品的寿命取决于所用封装材料,应力过大超 出所承受极限强度时将会改变失效机理 13.2 模型选择 在LED器件加速寿命试验中温度应力和电流(非温度)应力同时并存,可有三 种模式: (1)温度应力为单一变量 此时适用于阿伦尼斯模型,电流应力一般选定为正常工作的数值,通改变度应力来实现加速老化。用阿伦尼斯模型来处理加速寿命试验数据,既简单又便,而且也能较好的解释试验结果.半导体器件的加速寿命试验一般多为这种模式,已被大陆的“半导体器件分立器件和集成电路总规范”(GB/T 4589.1-2006/IEC 60747-10:1991)所采用。 以光通量缓慢退化的单一失效判据的试验为例,阿伦尼斯模型模型验证可通过在单对数坐标纸上,以温度为横坐标轴,退化系数为纵坐标轴,相关试验数据和其对应的平均退化系数,进行描点划线,数据点分分布呈现为一条直线,则表明符合阿伦尼斯模型。 (2)电流应力为单一变量 LED在电流为变量时,采用逆幂律模型。 逆幂律模型模型验证可通过图估法用对数正态分布概率纸和双对数坐标纸进验 证,看其寿命分布的数据点在双对数坐标纸上是否能够拟合为一条直线,并以 此判断电流加速变量所遵从的规律是否符合逆幂律模型,在以光通量缓慢退化 的单一失效判据的试验案例中目前我们尚未得到合理的验证结果。实际上,此 时电流应力已不是单一变量,除电流应力外,还不能忽略因电流提高而产生的 结温变化,因此采用逆幂律模型是不适合的。 (3)温度应力和电流应力均为变量 当LED同时考虑温度应力和电流(非温度)应力两个变量时,则应采用爱林模型。由于不是单一变量,非温度应力的存在要同时考虑因能量分布和激活 能而调整修正因子,因此数据处理比较复杂,这种情形很少用于电子元器件 的加速寿命试验,常用于工程上的老化筛选。 13..3 初始光功率 考虑到GaN基的LED在高温加电的过程中会出现光功率先上升再下降的现象, 美国ASSIST推荐的LED寿命试验方法规定:样品采用经过1000小时后的光功率作为初始光功率P0,主要是为了避免出现异常的测试数据,这一规定没有考虑温度应力大小,一律按1000小时计,随着温度应力增大,则会有较大的误差。而我们是采用加大温度应力的办法,使光功率先上升、所求的加速工作寿命为上升再下降的过程时间缩短。再下降的光功率接近初始值所对应的时间与用退化系数外推的有效工作时间之和,这样的误差会比前者要小些。 13.4 退化系数与试验截止时间 一般情况下,试验截止时间可从LED的初始光输出衰减的多个试验数据点中来选取,这些数据点具有一定的离散性,可以采用图估法对退化系数进行估算。除在单对数概率纸上描点划线外,还可以运用计算机进行线性拟合(这样可以避免人为因素)。在拟合的直线上选取偏离直线最小、光输出衰减量较大的试验数据点,该数据点的累计时间即为估算退化系数的试验截止时间,如图11.6-1所示,图中SA-14的试验数据点列于表10.6-1,由图可见,表中的10#数据点(1744小时,0.82)被选取,数据图中还给出了拟合的直线方程和最小二乘拟合的相关系数。 序号# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 h(小时) 0 168 432 600 768 936 1200 1368 1536 1744 1872 2040 Pt/P0 1 0.83 0

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