LED可靠性試驗(yàn)與壽命分析模型研究.pdf

1、近年來，發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）的顏色種類、光效和功率都發(fā)生了極大的變化，并在信息化顯示、半導(dǎo)體綠色照明等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且LED的生產(chǎn)量和市場(chǎng)需求量保持著快速的增長(zhǎng)。然而，LED器件以其應(yīng)用產(chǎn)品的可靠性問題，尚缺乏有效的定量評(píng)估方法，包括工作壽命、平均無故障時(shí)間以及失效概率等可靠性基本問題。目前獲取與 LED相關(guān)的可靠性信息，主要是引用電子器件的可靠性試驗(yàn)、分析評(píng)估方法。然而 LED是非線性

2、的結(jié)型功率器件，其電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)特性與傳統(tǒng)電光源、PN結(jié)型電子器件有著較大差異和特殊性。因而，LED的可靠性問題受到了國(guó)內(nèi)外研究者的極大關(guān)注。
　　LED作為高可靠性、長(zhǎng)壽命器件，研究者通常采用加速壽命試驗(yàn)的方法獲取其壽命信息?，F(xiàn)有的LED加速壽命試驗(yàn)方法主要有恒定和步進(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)方法，其存在著試驗(yàn)周期長(zhǎng)、效率低、成本高等問題。針對(duì)此問題，本文提出了一種步降應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)方法，以滿足目前LED產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。另外，鑒于L

3、ED性能參數(shù)與LED壽命之間沒有精確的數(shù)學(xué)函數(shù)予以描述，提出了采用模糊分析方法，建立LED性能參數(shù)與LED壽命的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)LED壽命的快速估算，并利用經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法獲取樣品的壽命信息。論文主要工作內(nèi)容包括：
　　(1) LED加速壽命試驗(yàn)研究
　　通過分析LED步進(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)的累積失效模型，提出了步降應(yīng)力加速試驗(yàn)方法，以達(dá)到縮短現(xiàn)有LED加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間、降低試驗(yàn)成本的目的。并從理論分析的角度，證明了步降應(yīng)

4、力加速試驗(yàn)?zāi)茉诓竭M(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高試驗(yàn)效率。通過分析LED的失效機(jī)理，選擇電流作為加速應(yīng)力，分別開展了恒定、步進(jìn)和步降應(yīng)力電流加速壽命試驗(yàn)獲取小功率白光LED的失效信息。為減少抽樣評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)，在選取試驗(yàn)樣本時(shí)，采用分區(qū)隨機(jī)抽樣的方法，確保抽樣樣本具有較好的代表性。同時(shí)，利用步進(jìn)應(yīng)力工作壽命試驗(yàn)方法預(yù)估試驗(yàn)樣本所能承受的最高應(yīng)力水平，確保LED在高應(yīng)力水平下的失效機(jī)理與正常應(yīng)力水平的失效機(jī)理相同。在試驗(yàn)條件以及各應(yīng)力水平下樣

5、品失效數(shù)目相同的前提下，通過對(duì)比步進(jìn)與步降應(yīng)力試驗(yàn)的試驗(yàn)總時(shí)間，驗(yàn)證了步降應(yīng)力試驗(yàn)?zāi)軌蛟诓竭M(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高試驗(yàn)效率。
　　(2) LED壽命分布的統(tǒng)計(jì)分析
　　為獲取LED產(chǎn)品的壽命信息，假定LED壽命服從Weibull分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布以及LED壽命與加速電流符合逆冪律定理等前提下，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法實(shí)現(xiàn)對(duì)恒定應(yīng)力加速試驗(yàn)樣本的壽命評(píng)估，建立LED壽命與加速應(yīng)力的關(guān)系模型?？紤]到在步進(jìn)和步降應(yīng)力試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣

6、品的失效除初始應(yīng)力水平外，都是多個(gè)應(yīng)力水平共同作用的結(jié)果。利用Nelson原理以及逆冪律定理從步進(jìn)和步降應(yīng)力試驗(yàn)中的失效數(shù)據(jù)中分離出每個(gè)加速應(yīng)力條件下樣品的失效時(shí)間，并獲取試驗(yàn)樣本在各個(gè)加速應(yīng)力電流下的壽命信息。本文以 KS檢驗(yàn)、相關(guān)系數(shù)、殘余標(biāo)準(zhǔn)差作為顯著性指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，驗(yàn)證了假設(shè)條件的成立。在確定逆冪律定理中的待定參數(shù)n后，為達(dá)到在較短時(shí)間內(nèi)快速估算LED壽命的目的。選擇一個(gè)較高的電流應(yīng)力水平對(duì)LED進(jìn)

7、行恒定加速壽命試驗(yàn)，根據(jù)此電流應(yīng)力水平下的平均壽命和中位壽命，利用逆冪律定理，通過壽命外推得到試驗(yàn)樣品在正常應(yīng)力電流下的平均壽命和中位壽命。
　?。?）LED壽命模糊分析模型
　　鑒于LED性能參數(shù)與LED壽命之間沒有精確的數(shù)學(xué)模型予以描述，本文提出采用模糊分析方法，建立LED性能參數(shù)與LED壽命的關(guān)系模型。通過監(jiān)測(cè)LED性能參數(shù)隨老化時(shí)間的退化數(shù)據(jù)，并分析LED性能參數(shù)與LED壽命之間的關(guān)系。以LED的理想因子、光通量衰減