LED照明燈具系統(tǒng)壽命快速評(píng)估方法研究.pdf

1、LED照明燈具產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性問題是LED進(jìn)入通用照明市場(chǎng)所面臨的重要障礙，研究適用于LED燈具系統(tǒng)可靠性及其壽命評(píng)估方法具有重要的科學(xué)意義。本課題為了建立LED燈具系統(tǒng)壽命快速評(píng)估方法，一方面針對(duì)加速試驗(yàn)技術(shù)的需求，基于加速衰減試驗(yàn)研究LED燈具系統(tǒng)壽命評(píng)估方法；另一方面針對(duì)壽命快速檢測(cè)的需求，基于LED燈具表面溫度測(cè)量與仿真分析研究燈具壽命的快速預(yù)測(cè)方法。課題研究?jī)?nèi)容及主要研究結(jié)果概述如下：
　　1）建立LED燈具系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)

2、試模型。調(diào)研確定代表性LED燈具、加速試驗(yàn)方法（優(yōu)先選用步進(jìn)應(yīng)力加速衰減試驗(yàn)方法（SSADT）），提出基于燈具子系統(tǒng)分解的目標(biāo)子系統(tǒng)隔離加速的試驗(yàn)測(cè)試模型及燈具系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法；初步展開探索性的LED燈具加速衰減試驗(yàn)，對(duì)SSADT試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，并探討外推壽命折算方法。結(jié)果表明LED光源子系統(tǒng)隔離加速的SSADT試驗(yàn)方法能快速有效地加速光源子系統(tǒng)的退化進(jìn)程，同時(shí)可以保證產(chǎn)品在各應(yīng)力水平中經(jīng)受相似或一樣的退化機(jī)理。
　　2）研

3、究LED燈具加速衰減試驗(yàn)的極限熱應(yīng)力檢測(cè)分析方法?；谀繕?biāo)子系統(tǒng)隔離加速的試驗(yàn)測(cè)試模型，提出并探索適合于LED燈具光源子系統(tǒng)的高加速極限應(yīng)力試驗(yàn)（HADT），提出LED燈具加速試驗(yàn)的極限熱應(yīng)力檢測(cè)分析方法，確定目標(biāo)燈具的敏感應(yīng)力類型、極限熱應(yīng)力水平，進(jìn)而確定加速衰減試驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)依據(jù)。結(jié)果表明濕應(yīng)力對(duì)加速LED燈具退化的影響非常明顯，在HADT和SSADT中引入濕度應(yīng)力具有必要性；通過步進(jìn)擬合分析監(jiān)測(cè)試樣在HADT試驗(yàn)中的熱、光參數(shù)變化

4、特征，可以有效地檢測(cè)到光源子系統(tǒng)的極限熱應(yīng)力水平。
　　3）研究LED燈具系統(tǒng)的加速可靠性衰減試驗(yàn)方法。一方面，基于燈具試驗(yàn)測(cè)試模型、應(yīng)力類型及極限熱應(yīng)力水平，建立LED燈具的加速衰減試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，探索LED光源子系統(tǒng)的SSADT，包括步升應(yīng)力及步降應(yīng)力的加速衰減試驗(yàn)（SUSADT及SDSADT）；分別針對(duì)LED產(chǎn)品流明衰減軌跡、色坐標(biāo)漂移軌跡的變化規(guī)律，展開可靠性建模分析；另一方面，結(jié)合不同試驗(yàn)條件的產(chǎn)品退化數(shù)據(jù)，選擇合適的衰減軌跡

5、分析模型，對(duì)典型加速試驗(yàn)的產(chǎn)品退化數(shù)據(jù)進(jìn)行燈具系統(tǒng)的可靠性評(píng)估分析。研究結(jié)果表明：LED產(chǎn)品固有的初始流明漂高現(xiàn)象在SUSADT試驗(yàn)里比在SDSADT試驗(yàn)里表現(xiàn)得更明顯，即LED燈具在SDSADT試驗(yàn)里的流明初始漂高現(xiàn)象可以被快速的越過，進(jìn)一步縮短試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)SDSADT試驗(yàn)具有均衡各應(yīng)力水平流明衰減速率的作用；LED燈具最終流明退化量、色漂量與步進(jìn)加載熱應(yīng)力水平的先后順序無關(guān)；在不同加載應(yīng)力條件下，LED燈具的色漂過程比流明衰退過程

6、更有規(guī)律可循且不受不同熱應(yīng)力加載方式影響；基于復(fù)合指數(shù)軌跡模型的流明衰減軌跡可靠性建?？梢杂行?shí)現(xiàn)光源子系統(tǒng)及燈具系統(tǒng)壽命外推，同時(shí)本文提出的線性冪軌跡模型適用于統(tǒng)計(jì)分析LED產(chǎn)品色漂過程，對(duì)應(yīng)給出的統(tǒng)計(jì)分析流程可以有效檢驗(yàn)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)各應(yīng)力的試樣色漂機(jī)理一致性。
　　4）研究基于表面溫度測(cè)量及仿真分析的LED燈具壽命快速預(yù)測(cè)方法。有限元建模仿真分析LED燈具在溫濕度場(chǎng)下的溫度分布特征，研究燈具殼溫與結(jié)溫的關(guān)聯(lián)特征；結(jié)合燈具殼溫的

7、快速測(cè)量驗(yàn)證，提出并探索基于表面溫度測(cè)量及仿真分析的快速LED燈具結(jié)溫預(yù)測(cè)方法；利用推算的燈具結(jié)溫，由LM-80現(xiàn)有的結(jié)溫-壽命關(guān)系得到燈具壽命，并結(jié)合常溫老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果，最終建立基于數(shù)值模擬分析和溫度測(cè)量的LED燈具壽命快速預(yù)測(cè)方法。研究結(jié)果表明：提出的混合預(yù)測(cè)方法所預(yù)測(cè)的壽命范圍與由老化試驗(yàn)外推出的壽命范圍十分吻合，該方法可以有效實(shí)現(xiàn)LED燈具壽命的快速估算。
　　5）分析LED燈具在加速試驗(yàn)條件下的關(guān)鍵失效模式及退

8、化機(jī)理。分析加速試驗(yàn)條件下LED光源子系統(tǒng)的關(guān)鍵失效模式及退化機(jī)理；結(jié)合流明維持率、色坐標(biāo)的退化規(guī)律分析及可靠性建模分析，對(duì)比分析各退化規(guī)律與步進(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)方案的相關(guān)性；研究LED燈具系統(tǒng)的LED器件、LED芯片、光學(xué)部件等部件退化對(duì)整體燈具性能衰減的貢獻(xiàn)率，分析關(guān)鍵退化機(jī)理，驗(yàn)證加速衰減試驗(yàn)的有效性、可行性。研究結(jié)果表明LED燈具光色參數(shù)衰退是主要的失效模式，如流明衰減及色坐標(biāo)漂移；復(fù)合指數(shù)、線性冪軌跡模型中的常量假設(shè)對(duì)判斷不同加載

9、應(yīng)力下預(yù)期光衰、色漂機(jī)理的一致性非常有用。退化機(jī)理分析表明：燈具級(jí)別里的LED封裝和芯片在老化試驗(yàn)后發(fā)光效率發(fā)生了嚴(yán)重的衰減；LED封裝材料的衰退在整個(gè)LED封裝器件的光學(xué)退化中起到重要作用，其次是LED芯片的退化；老化后倒裝LED芯片光功率退化的密切關(guān)聯(lián)因素之一是其遂穿飽和電流發(fā)生了顯著的衰減；分析認(rèn)為不同散熱能力是LED燈具出現(xiàn)不同流明衰減速率、色漂過程的主要原因，同時(shí)存在某種熱致LED光發(fā)射改變的機(jī)制會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)散熱能力燈具的初始衰減