大功率LED可靠性預測機制研究.pdf

1、半導體照明是目前國家重點扶持的新興產(chǎn)業(yè)，大功率LED是半導體照明的關鍵器件，而最終能否實現(xiàn)半導體照明的普及，取決于大功率LED光效和可靠性問題的解決。對LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提與基礎，本論文研究大功率LED可靠性預測機制，嘗試一種在無需長期壽命試驗條件下實現(xiàn)對LED可靠性量化預測的新方法，它能節(jié)省壽命試驗成本，為LED早期失效篩選及產(chǎn)品質量管理提供依據(jù)，對于LED科研與產(chǎn)業(yè)都具有重要的學術價值和實用價值。 論文創(chuàng)造

2、性地提出了基于特性曲線的大功率LED可靠性預測機制。在分析電導數(shù)特性曲線、光輸出特性曲線、光譜特性曲線及熱特性曲線這幾條與LED可靠性相關的特性曲線機理與測試原理的基礎上，從中分別提取出理想因子、串聯(lián)電阻、光輸出飽和度、電流溫度主波長偏移、電流溫度色差、結溫及熱阻這幾個特性參數(shù)，實驗證明了這些特性參數(shù)與LED可靠性之間的相關性，并用人工神經(jīng)網(wǎng)絡將特性參數(shù)與LED壽命和顏色退化量之間建立模型，從而形成了基于特性曲線的大功率LED可靠性預測

3、機制。 完成了對大功率LED特性曲線測試系統(tǒng)的構架。將電導數(shù)特性曲線、光輸出特性曲線、光譜特性曲線測試機構集成為一套系統(tǒng)，熱阻測試機構則作為單獨系統(tǒng)，按照不同特性曲線的測試要求，提出了不同的測試方案，分析了積分球空間響應不均勻性、探頭光譜失配、光譜儀雜散光和帶寬這些影響測量精度的問題，并提出了改進方案和校正算法。 首次對各特性參數(shù)在測試過程中的不確定度作了系統(tǒng)分析。運用不確定度理論在對各特性參數(shù)的測量不確定度進行分析的過

4、程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)特性參數(shù)的精確測量對儀器精度和測量過程不確定度控制的要求都非常高，以這些分析結果作為對儀器設計和測試過程控制的量化指導。 對大功率GaN基藍光及pc白光LED進行了可靠性實驗。建立起了基于特性曲線的大功率LED可靠性預測機制，對700mA條件下加速外推壽命的平均預測誤差為：藍光LED 23.6％，白光LED l 5.9％，對700mA條件下加速顏色退化量的平均預測誤差為：藍光LED主波長退化11.1％，白光LED顏

5、色退化l 7.2％。對預測風險作了分析，表明在實際條件下，外界環(huán)境和使用條件的差異引發(fā)的激活能變化，使得排除了時間因子的可靠性預測風險非常大，失效機理的邊界問題也對可靠性預測機制的魯棒性提出了考驗，另外預測結果的參考意義存在一定局限性，預測機制的適用對象范圍也有待進一步的檢驗。提出了一套簡化的基于熱阻和理想因子的大功率LED可靠性篩選機制，可用于LED早期失效篩選，對老煉后的LED進行了基于特性曲線的失效分析，對LED進行了靜電試驗。對

6、大功率pc白光LED進行了長期壽命試驗。設計了一套新型的壽命測試系統(tǒng)，采用了基于光譜輻射測試的LED壽命試驗，在比較Arrhenius模型和逆冪定律的基礎上引入了一個更精確的Eyring模型作為加速壽命試驗模型，壽命試驗結果為：500mA條件下平均加速壽命3875小時(U=0.6％，k=2)，估算額定條件下平均正常使用壽命12628小時(U=6.3％，k=2)，分析了壽命試驗中的外推壽命不確定度和加速壽命不確定度，運用特性曲線分析了LE