LED照明燈具系統(tǒng)壽命快速評估方法研究.pdf

1、LED照明燈具產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性問題是LED進入通用照明市場所面臨的重要障礙，研究適用于LED燈具系統(tǒng)可靠性及其壽命評估方法具有重要的科學意義。本課題為了建立LED燈具系統(tǒng)壽命快速評估方法，一方面針對加速試驗技術的需求，基于加速衰減試驗研究LED燈具系統(tǒng)壽命評估方法；另一方面針對壽命快速檢測的需求，基于LED燈具表面溫度測量與仿真分析研究燈具壽命的快速預測方法。課題研究內(nèi)容及主要研究結果概述如下：
　　1）建立LED燈具系統(tǒng)的試驗測

2、試模型。調(diào)研確定代表性LED燈具、加速試驗方法（優(yōu)先選用步進應力加速衰減試驗方法（SSADT）），提出基于燈具子系統(tǒng)分解的目標子系統(tǒng)隔離加速的試驗測試模型及燈具系統(tǒng)可靠性評估方法；初步展開探索性的LED燈具加速衰減試驗，對SSADT試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，并探討外推壽命折算方法。結果表明LED光源子系統(tǒng)隔離加速的SSADT試驗方法能快速有效地加速光源子系統(tǒng)的退化進程，同時可以保證產(chǎn)品在各應力水平中經(jīng)受相似或一樣的退化機理。
　　2）研

3、究LED燈具加速衰減試驗的極限熱應力檢測分析方法?；谀繕俗酉到y(tǒng)隔離加速的試驗測試模型，提出并探索適合于LED燈具光源子系統(tǒng)的高加速極限應力試驗（HADT），提出LED燈具加速試驗的極限熱應力檢測分析方法，確定目標燈具的敏感應力類型、極限熱應力水平，進而確定加速衰減試驗條件的設計依據(jù)。結果表明濕應力對加速LED燈具退化的影響非常明顯，在HADT和SSADT中引入濕度應力具有必要性；通過步進擬合分析監(jiān)測試樣在HADT試驗中的熱、光參數(shù)變化

4、特征，可以有效地檢測到光源子系統(tǒng)的極限熱應力水平。
　　3）研究LED燈具系統(tǒng)的加速可靠性衰減試驗方法。一方面，基于燈具試驗測試模型、應力類型及極限熱應力水平，建立LED燈具的加速衰減試驗模型，探索LED光源子系統(tǒng)的SSADT，包括步升應力及步降應力的加速衰減試驗（SUSADT及SDSADT）；分別針對LED產(chǎn)品流明衰減軌跡、色坐標漂移軌跡的變化規(guī)律，展開可靠性建模分析；另一方面，結合不同試驗條件的產(chǎn)品退化數(shù)據(jù)，選擇合適的衰減軌跡

5、分析模型，對典型加速試驗的產(chǎn)品退化數(shù)據(jù)進行燈具系統(tǒng)的可靠性評估分析。研究結果表明：LED產(chǎn)品固有的初始流明漂高現(xiàn)象在SUSADT試驗里比在SDSADT試驗里表現(xiàn)得更明顯，即LED燈具在SDSADT試驗里的流明初始漂高現(xiàn)象可以被快速的越過，進一步縮短試驗時長，同時SDSADT試驗具有均衡各應力水平流明衰減速率的作用；LED燈具最終流明退化量、色漂量與步進加載熱應力水平的先后順序無關；在不同加載應力條件下，LED燈具的色漂過程比流明衰退過程

6、更有規(guī)律可循且不受不同熱應力加載方式影響；基于復合指數(shù)軌跡模型的流明衰減軌跡可靠性建模可以有效實現(xiàn)光源子系統(tǒng)及燈具系統(tǒng)壽命外推，同時本文提出的線性冪軌跡模型適用于統(tǒng)計分析LED產(chǎn)品色漂過程，對應給出的統(tǒng)計分析流程可以有效檢驗步進應力試驗各應力的試樣色漂機理一致性。
　　4）研究基于表面溫度測量及仿真分析的LED燈具壽命快速預測方法。有限元建模仿真分析LED燈具在溫濕度場下的溫度分布特征，研究燈具殼溫與結溫的關聯(lián)特征；結合燈具殼溫的

7、快速測量驗證，提出并探索基于表面溫度測量及仿真分析的快速LED燈具結溫預測方法；利用推算的燈具結溫，由LM-80現(xiàn)有的結溫-壽命關系得到燈具壽命，并結合常溫老化試驗數(shù)據(jù)驗證預測結果，最終建立基于數(shù)值模擬分析和溫度測量的LED燈具壽命快速預測方法。研究結果表明：提出的混合預測方法所預測的壽命范圍與由老化試驗外推出的壽命范圍十分吻合，該方法可以有效實現(xiàn)LED燈具壽命的快速估算。
　　5）分析LED燈具在加速試驗條件下的關鍵失效模式及退

8、化機理。分析加速試驗條件下LED光源子系統(tǒng)的關鍵失效模式及退化機理；結合流明維持率、色坐標的退化規(guī)律分析及可靠性建模分析，對比分析各退化規(guī)律與步進應力加速試驗方案的相關性；研究LED燈具系統(tǒng)的LED器件、LED芯片、光學部件等部件退化對整體燈具性能衰減的貢獻率，分析關鍵退化機理，驗證加速衰減試驗的有效性、可行性。研究結果表明LED燈具光色參數(shù)衰退是主要的失效模式，如流明衰減及色坐標漂移；復合指數(shù)、線性冪軌跡模型中的常量假設對判斷不同加載

9、應力下預期光衰、色漂機理的一致性非常有用。退化機理分析表明：燈具級別里的LED封裝和芯片在老化試驗后發(fā)光效率發(fā)生了嚴重的衰減；LED封裝材料的衰退在整個LED封裝器件的光學退化中起到重要作用，其次是LED芯片的退化；老化后倒裝LED芯片光功率退化的密切關聯(lián)因素之一是其遂穿飽和電流發(fā)生了顯著的衰減；分析認為不同散熱能力是LED燈具出現(xiàn)不同流明衰減速率、色漂過程的主要原因，同時存在某種熱致LED光發(fā)射改變的機制會導致強散熱能力燈具的初始衰減