LED可靠性試驗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、半導體綠色照明等領域得到了廣泛的應用，且LED的生產(chǎn)量和市場需求量保持著快速的增長。然而，LED器件以其應用產(chǎn)品的可靠性問題，尚缺乏有效的定量評估方法，包括工作壽命、平均無故障時間以及失效概率等可靠性基本問題。目前獲取與 LED相關的可靠性信息，主要是引用電子器件的可靠性試驗、分析評估方法。然而 LED是非線性

2、的結型功率器件，其電學、光學、熱學特性與傳統(tǒng)電光源、PN結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內(nèi)外研究者的極大關注。
　　LED作為高可靠性、長壽命器件，研究者通常采用加速壽命試驗的方法獲取其壽命信息。現(xiàn)有的LED加速壽命試驗方法主要有恒定和步進應力加速試驗方法，其存在著試驗周期長、效率低、成本高等問題。針對此問題，本文提出了一種步降應力加速壽命試驗方法，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壽命的關系模型，實現(xiàn)LED壽命的快速估算，并利用經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計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加速壽命試驗研究
　　通過分析LED步進應力加速試驗的累積失效模型，提出了步降應力加速試驗方法，以達到縮短現(xiàn)有LED加速壽命試驗的試驗時間、降低試驗成本的目的。并從理論分析的角度，證明了步降應

4、力加速試驗能在步進應力加速試驗的基礎上進一步提高試驗效率。通過分析LED的失效機理，選擇電流作為加速應力，分別開展了恒定、步進和步降應力電流加速壽命試驗獲取小功率白光LED的失效信息。為減少抽樣評估的風險，在選取試驗樣本時，采用分區(qū)隨機抽樣的方法，確保抽樣樣本具有較好的代表性。同時，利用步進應力工作壽命試驗方法預估試驗樣本所能承受的最高應力水平，確保LED在高應力水平下的失效機理與正常應力水平的失效機理相同。在試驗條件以及各應力水平下樣

5、品失效數(shù)目相同的前提下，通過對比步進與步降應力試驗的試驗總時間，驗證了步降應力試驗能夠在步進應力試驗的基礎上進一步提高試驗效率。
　　(2) LED壽命分布的統(tǒng)計分析
　　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)計分析方法實現(xiàn)對恒定應力加速試驗樣本的壽命評估，建立LED壽命與加速應力的關系模型?？紤]到在步進和步降應力試驗中，試驗樣

6、品的失效除初始應力水平外，都是多個應力水平共同作用的結果。利用Nelson原理以及逆冪律定理從步進和步降應力試驗中的失效數(shù)據(jù)中分離出每個加速應力條件下樣品的失效時間，并獲取試驗樣本在各個加速應力電流下的壽命信息。本文以 KS檢驗、相關系數(shù)、殘余標準差作為顯著性指標，對試驗數(shù)據(jù)的處理結果進行了顯著性檢驗，驗證了假設條件的成立。在確定逆冪律定理中的待定參數(shù)n后，為達到在較短時間內(nèi)快速估算LED壽命的目的。選擇一個較高的電流應力水平對LED進

7、行恒定加速壽命試驗，根據(jù)此電流應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樣品在正常應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壽命的關系模型。通過監(jiān)測LED性能參數(shù)隨老化時間的退化數(shù)據(jù)，并分析LED性能參數(shù)與LED壽命之間的關系。以LED的理想因子、光通量衰減