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(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)量和市場需求量保持著快速的增長。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(guān)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(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內(nèi)外研究者的極大關(guān)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(jìn)應(yīng)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(yīng)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(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(jìn)應(yīng)力加速試驗的累積失效模型，提出了步降應(yīng)力加速試驗方法，以達(dá)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(yīng)

4、力加速試驗?zāi)茉诓竭M(jìn)應(yīng)力加速試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高試驗效率。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獲取小功率白光LED的失效信息。為減少抽樣評估的風(fēng)險，在選取試驗樣本時，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，利用步進(jìn)應(yīng)力工作壽命試驗方法預(yù)估試驗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，通過對比步進(jìn)與步降應(yīng)力試驗的試驗總時間，驗證了步降應(yīng)力試驗?zāi)軌蛟诓竭M(jìn)應(yīng)力試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)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(yīng)力加速試驗樣本的壽命評估，建立LED壽命與加速應(yīng)力的關(guān)系模型。考慮到在步進(jìn)和步降應(yīng)力試驗中，試驗樣

6、品的失效除初始應(yīng)力水平外，都是多個應(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)力試驗中的失效數(shù)據(jù)中分離出每個加速應(yīng)力條件下樣品的失效時間，并獲取試驗樣本在各個加速應(yīng)力電流下的壽命信息。本文以 KS檢驗、相關(guān)系數(shù)、殘余標(biāo)準(zhǔn)差作為顯著性指標(biāo)，對試驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果進(jìn)行了顯著性檢驗，驗證了假設(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)到在較短時間內(nèi)快速估算LED壽命的目的。選擇一個較高的電流應(yīng)力水平對LED進(jìn)

7、行恒定加速壽命試驗，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(guān)系。以LED的理想因子、光通量衰減