硅襯底LED可靠性測試與壽命模型的研究.pdf

1、近些年來，半導(dǎo)體照明在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，并且成為了學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。GaN基LED的襯底材料主要有藍(lán)寶石、碳化硅、硅三種，而硅襯底LED相比其他兩種具有低成本、導(dǎo)電好、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，但是對于硅襯底LED的研究比較少。另外，硅襯底LED的可靠性關(guān)系著產(chǎn)品工藝的改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化，其壽命又是LED可靠性的終極表現(xiàn)形式，因此對硅襯底LED可靠性測試和壽命模型的研究顯得尤為重要。
　　針對以上原因，本文進(jìn)行了如下幾方面的研究

2、工作:
　　1.本文搭建了一套LED的可靠性自動(dòng)測試系統(tǒng)，將LED的光、色、電、熱參數(shù)的測試有機(jī)結(jié)合起來，編寫PC端軟件，實(shí)現(xiàn)LED測試的自動(dòng)化控制。另外在LED溫度控制方面，設(shè)計(jì)了一種多路隔離的Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒍鄠€(gè)溫箱接入以太網(wǎng)進(jìn)行異地控制，提高了試驗(yàn)效率。這套測試系統(tǒng)為硅襯底LED的可靠性測試和壽命預(yù)測研究提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　2.本文以硅襯底LED的LM-80-08測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出了基于遺傳算法優(yōu)化的

3、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的LED壽命預(yù)測模型，將LM-80-08測試報(bào)告中的電流、結(jié)溫、初始光通量和初始色坐標(biāo)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，LED在該種應(yīng)力條件下的壽命為輸出，可以預(yù)測LED在任意電流結(jié)溫下的壽命，傳統(tǒng)的基于LM-80-08數(shù)據(jù)的TM-21-11預(yù)測方法，至少需要6000h測試，并且只能推算出2或3種應(yīng)力條件下的LED壽命。研究結(jié)果表明，GA-BP模型較TM-21-11方法更具靈活性，該模型預(yù)測誤差較傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降低了65.5％，平均相對誤差

4、達(dá)到1.47％，優(yōu)于Adaboost模型的54％和3.16％，訓(xùn)練結(jié)果相關(guān)系數(shù)達(dá)到99.4％，預(yù)測LED壽命誤差更小，普適性更高，在硅襯底LED的壽命預(yù)測中具有實(shí)際意義。另外，通過對網(wǎng)絡(luò)輸入權(quán)重的分析，得到硅襯底LED的電、熱特性對其壽命影響最大，為其生產(chǎn)和工藝的改進(jìn)提供了指導(dǎo)。
　　3.本文使用自主搭建的LED可靠性測試系統(tǒng)，對LED進(jìn)行大電流、高溫加速老化，分析了不同加速應(yīng)力對LED壽命的影響，并將測得的光、電、熱數(shù)據(jù)進(jìn)行建模

5、，建立了基于遺傳算法和模擬退火算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用電流、環(huán)境溫度和LED工作時(shí)間作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，光通量維持率作為輸出，可以預(yù)測LED燈珠在任意電流、溫度及工作時(shí)間下的光通量維持率。另外，使用模擬退火算法解決了網(wǎng)絡(luò)輸入未知的情況，以此來推算LED壽命。研究結(jié)果表明，利用該模型推算LED工作壽命的相對誤差為4.47％，單應(yīng)力艾林模型和逆冪律模型推算壽命分別為29.3％和20.7％，驗(yàn)證了新模型對LED壽命的預(yù)測誤差更小，并且新模型包