加速可靠性試驗中 LED壽命的快速評估

大功率LED具有效率高、壽命長、環保和體積緊湊等優點，在背光燈、路燈、景觀照明、汽車大燈等領域得到了廣泛的應用，被譽為取代傳統光源的新一代綠色光源[1-3]。在這些優點中，值得一提的是，LED的理論壽命可以達到50000 h.但是，由于受生產廠家的技術、生產工藝、使用的材料不同等各種因素的影響，各廠的大功率LED產品的壽命不盡相同。生產商在推出新的產品時，往往會公布一系列產品參數，其中包括產品壽命。目前國內的廠家公布的LED產品壽命數據大多還是50000 h的理論壽命，缺乏實際的預測。

由于LED產品的壽命較長，采用傳統的方法測定其使用壽命需耗費大量的時間和精力，一般采用高加速可靠性實驗來對LED產品的壽命進行測試推斷

3實驗結果與分析

。目前的加速測試大多數采用的是離線方法，即在測試樣品初始參數后將樣品置于實驗環境下，一段時間后拿出來測量相應的參數，隨后再放回到實驗環境，如此反復得到一系列離散的數據點。這種方法的特點在于，為了減小測試時取出LED樣品對實驗條件的影響，通常兩次測量的間隔時間很長，導致整個測試周期很長。換言之，離線測試方法在短期內獲得的實驗數據很少。因此，如何快速評估加速可靠性實驗中LED的壽命成為了人們關注的熱點。

本文通過采用一種在線測試的方法，實時地采集高溫加速實驗條件下LED模塊的出光數據，在較短的時間內獲得大量的實驗數據。在這些數據的基礎上，對高溫加速可靠性實驗中LED的壽命進行了推斷評估。

1在線測試方法

傳統的高加速實驗之所以采用離線的測試方法，是因為測試設備不能夠耐住嚴苛的實驗條件，如高溫、高低溫循環、熱沖擊等。對于大功率LED而言，高加速老化實驗中所關心的參數主要是出光的相對衰減。因此，通過將LED的出光傳導出來，可以在室溫條件下對出光數據進行實時監測和采集，達到在線測試的目的。

本文采用的在線測試方法的原理如圖1所示。通過特制的耐高溫光纜將LED模塊發出的光傳導出來，在室溫下利用照度計進行實時監測，并將出光數據存儲到電腦上。利用手工設計的夾具保證了 LED模塊、光纜入口和出口以及照度計探頭的同軸性，并利用內壁開有小孔的手工設計的盒子來保證，在不影響盒子內外環境一致的情況下，盡可能地減少外界光對實驗數據的影Ⅱ向。

通過在不同注入電流條件下的在線測試結果與積分球測試結果的比較，驗證了在線測試結果的相對變化可以如實地反映實際出光的相對變化。在 0～360 mA之間選取13個數值作為注入電流，依次測得在相應注入電流下，分別利用在線測試設備和積分球采集相應光參數，所得結果如圖2所示。由圖2可知，當電流為350 mA時，在線測試采集的光照度為1385.22 lx，積分球采集的總光通量為15.39 Im，二者的關系可以用下式表示

其中，FV為總光通量，Ev為在線測試的光照度，Fv' 為相對光通量，S為探頭的面積，K是常數，K= 1.11%。計算在330lnA下的最大偏差，可知相對誤差為1.4%，標準差為0.93%。由此可見，在線測試的光照度和總光通量之間的線性擬合關系很好，可以很好地反映實際出光的相對變化。

2實驗過程

本次實驗的設備為在線測試設備，包括穩流電源、夾具、恒溫箱、特指光纜、照度計、電腦以及若干導線，實驗樣品為l W藍光LED模塊。參照圖 1.1連接實驗設備，將實驗溫度設定在1250C恒溫，注入電流設定為350 mnA，電腦軟件設定為每隔30 s 采集一次實驗數據，采集時間設為500h。

2實驗過程

在經過400 h后，對在線測試采集到的實驗數據進行了分析。由圖3可知，利用在線測試的方法可以采集到的數據樣本非常大，在1250C的實驗條件下經過424 h的老化，LED模塊的相對出光衰減了約90%，采樣數據的誤差主要來源于照度計探頭的不穩定性。

由 TM-21標準可知，溫度對LED壽命的影響可以用指數衰減的模型進行推斷，即

其中，t是實驗時間，φ(t)是相對出光，B是初始常數，α是衰減率。對于如LED的半導體器件而言，退火的影響會導致其在開始階段的出光發生波動，不能真實反應溫度對樣品的實際影響。因此，舍棄掉開始階段的數據，利用12～424 h的數據對LED模塊的壽命衰減進行推斷。如圖4所示，推斷結果顯示，B= 0.98926，α=1.74404x10-4，LED樣品推斷的中位壽命(相對出光衰減到一半所需的時間)為 Lso=3912 h，相關度r2= 0.95354。

定義快速測試方法與常規離線測試方法相比的加速程度為，推斷出的樣品中位壽命與推斷所用數據的測試時間的比值，即

對于本實驗，加速程度A= 9.2。由此可知，采用這種方法可以大幅縮短高溫加速實驗的時間，達到快速評估高溫加速實驗中LED壽命的目的。

4結 論

本文提出了一種在線測試的方法，開展了不同電流下的對比試驗對其可行性進行了驗證，并利用此方法對高溫加速可靠性實驗中LED的壽命進行了推斷。結果表明，與傳統的離線測試方法相比，采用在線測試方法對高加速可靠性實驗中LED壽命進行推斷，可以有效地減少實驗時間，達到快速評估高溫加速可靠性試驗中LED壽命的目的。