大功率LED可靠性預(yù)測(cè)機(jī)制研究.pdf

1、半導(dǎo)體照明是目前國家重點(diǎn)扶持的新興產(chǎn)業(yè)，大功率LED是半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件，而最終能否實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)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(duì)LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提與基礎(chǔ)，本論文研究大功率LED可靠性預(yù)測(cè)機(jī)制，嘗試一種在無需長期壽命試驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)LED可靠性量化預(yù)測(cè)的新方法，它能節(jié)省壽命試驗(yàn)成本，為LED早期失效篩選及產(chǎn)品質(zhì)量管理提供依據(jù)，對(duì)于LED科研與產(chǎn)業(yè)都具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)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(yù)測(cè)機(jī)制。在分析電導(dǎo)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(guān)的特性曲線機(jī)理與測(cè)試原理的基礎(chǔ)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(jié)溫及熱阻這幾個(gè)特性參數(shù)，實(shí)驗(yàn)證明了這些特性參數(shù)與LED可靠性之間的相關(guān)性，并用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yù)測(cè)

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

4、程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)特性參數(shù)的精確測(cè)量對(duì)儀器精度和測(cè)量過程不確定度控制的要求都非常高，以這些分析結(jié)果作為對(duì)儀器設(shè)計(jì)和測(cè)試過程控制的量化指導(dǎo)。 對(duì)大功率GaN基藍(lán)光及pc白光LED進(jìn)行了可靠性實(shí)驗(yàn)。建立起了基于特性曲線的大功率LED可靠性預(yù)測(cè)機(jī)制，對(duì)700mA條件下加速外推壽命的平均預(yù)測(cè)誤差為：藍(lán)光LED 23.6％，白光LED l 5.9％，對(duì)700mA條件下加速顏色退化量的平均預(yù)測(cè)誤差為：藍(lán)光LED主波長退化11.1％，白光LED顏

5、色退化l 7.2％。對(duì)預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)作了分析，表明在實(shí)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(shí)間因子的可靠性預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)非常大，失效機(jī)理的邊界問題也對(duì)可靠性預(yù)測(cè)機(jī)制的魯棒性提出了考驗(yàn)，另外預(yù)測(cè)結(jié)果的參考意義存在一定局限性，預(yù)測(cè)機(jī)制的適用對(duì)象范圍也有待進(jìn)一步的檢驗(yàn)。提出了一套簡(jiǎn)化的基于熱阻和理想因子的大功率LED可靠性篩選機(jī)制，可用于LED早期失效篩選，對(duì)老煉后的LED進(jìn)行了基于特性曲線的失效分析，對(duì)LED進(jìn)行了靜電試驗(yàn)。對(duì)

6、大功率pc白光LED進(jìn)行了長期壽命試驗(yàn)。設(shè)計(jì)了一套新型的壽命測(cè)試系統(tǒng)，采用了基于光譜輻射測(cè)試的LED壽命試驗(yàn)，在比較Arrhenius模型和逆冪定律的基礎(chǔ)上引入了一個(gè)更精確的Eyring模型作為加速壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，壽命試?yàn)結(jié)果為：500mA條件下平均加速壽命3875小時(shí)(U=0.6％，k=2)，估算額定條件下平均正常使用壽命12628小時(shí)(U=6.3％，k=2)，分析了壽命試驗(yàn)中的外推壽命不確定度和加速壽命不確定度，運(yùn)用特性曲線分析了LE