中心議題：

• 簡析LED燈具可靠性測試方法及成本控製問題

解決方案：

• 原材料選用方麵要嚴格控製材料的質量
• 在封裝結構上考慮出光效率和散熱
• 並考慮多種材料結合在一起時的熱漲匹配問題

近年來
，由於LED的技術發展迅速
，主要性能指標有很大提高
，目前LED器件的發光效超過200lm/W,產業化水平達110~120lm/W,可以作為光源在照明領域推廣應用，目前已進入室外景觀照明、功能性照明、商用照明。

近年來
，由於LED的技術發展迅速，主要性能指標有很大提高，目前LED器件的發光效超過200lm/W,產業化水平達110~120lm/W,可以作為光源在照明領域推廣應用，目前已進入室外景觀照明、功能性照明、商用照明等領域。在應用過程中
，有幾個主要技術和成本問題，如LED照明燈具的能效還不高，LED白光的光色在某些照明場合還不合適
，LED燈具的可靠性還不高
，有些產品壽命很短，另外LED燈具的價格目前普遍偏高等

，這些問題有待進一步解決和提高。業界同行對LED光源的可靠性和成本問題比較重視，均在努力解決之中。本文也將著重對這兩個問題進行較為詳細的描述及分析。

一、LED燈具可靠性

有關LED燈具的分類
、性能指標及可靠性等，美國“能源之星”中已有很具體的規定[1],可靠性指標中，主要規定LED照明燈具壽命3.5萬小時，在全壽命期內色度變化在CIE1976（u,v）中0.007以內。美國SSL計劃中規定白光LED器件壽命在2010-2015年中為5萬小時。國內對LED照明燈具的壽命要求一般也提到3~3.5萬小時。

上述提到LED燈具壽命和色保持度的指標
，從目前來看是很高的，實際上很多LED燈具還達不到這個要求，因為LED燈具所涉及的技術問題很多、很複雜，其中主要是係統可靠性問題


，包含LED芯片、封裝器件、驅動電源模塊
、散熱和燈具的可靠性。以下分別對這些問題進行分析：

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、LED燈具可靠性相關內容介紹

在分析LED燈具可靠性之前，先對LED可靠性有關的基本內容作些介紹，將對LED燈具可靠性的深入分析有所幫助。

（1）本質失效、從屬失效

LED器件失效一般分為二種：本質失效和從屬失效。本質失效指的是LED芯片引起的失效，又分為電漂移和離子熱擴散失效。從屬失效一般由封裝結構材料
、工藝引起，即封裝結構和用的環氧、矽膠
、導電膠、熒光粉、焊接、引線
、工藝
、溫度等因素引起的。

（2）十度法則

某些電子器件在一定溫度範圍內

，溫度每升高10℃
，其主要技術指標下降一半（或下降1/4）。實踐證明
，LED器件熱沉溫度在50℃至80℃時，LED壽命值基本符合十度法則。最近也有媒體報道：LED器件溫度每上升2℃，其壽命下降10%,當溫度從63℃上升至74℃時，平均壽命下降3/4.因為器件封裝工藝不同
，完全可能出現這種現象。

（3）壽命的含義

LED壽命是指在規定工作條件下
，光輸出功率或光通量衰減到初始值的70%的工作時間
，同時色度變化保持在0.007內。

LED平均壽命的意義是LED產品失效前的工作時間的平均值，用MTTF來表示，它是電子器件最常用的可靠性參數。

可靠性試驗內容包括可靠性篩選、環境試驗、壽命試驗（長期或短期）。我們這裏所討論的隻是壽命試驗，其他項目暫不考慮。

（4）長期壽命試驗

為了確認LED燈具壽命是否達到3.5萬小時
，需要進行長期壽命試驗，目前的做法基本上形成如下共識：因GaN基的LED器件開始的輸出光功率不穩定，所以按美國ASSIST聯盟規定
，需要電老化1000小時後
，測得的光功率或光通量為初始值。之後加額定電流3000小時
，測量光通量（或光功率）衰減要小於4%,再加電流3000小時
，光通量衰減要小於8%,再通電4000小時
，共1萬小時，測得光通量衰減要小於14%,即光通量達到初始值的86%以上。此時才可證明確保LED壽命達到3.5萬小時。

（5）加速（短期）壽命試驗

電子器件加速壽命試驗可以在加大應力（電功率或溫度）下進行試驗，這裏要討論的是采用溫度應力的辦法，測量計算出來的壽命是LED平均壽命
，即失效前的平均工作時間。采用此方法將會大大地縮短LED壽命的測試時間，有利於及時改進
、提高LED可靠性。加溫度應力的壽命試驗方法在文章[2]中已詳細論述，主要是引用“亞瑪卡西”（yamakoshi）的發光管光功率緩慢退化公式，通過退化係數得到不同加速應力溫度下LED的壽命試驗數據，再用“阿倫尼斯”（Arrhenius）方程的數值解析法得到正常應力（室溫）下的LED的平均壽命
，簡稱“退化係數解析法”,該方法采用三個不同應力溫度即165℃
、175℃和185℃下
，測量的數據計算出室溫下平均壽命的一致性。該試驗方法是可靠的

，目前已在這個研究成果上，起草製定“半導體發光二極管壽命的試驗方法”標準，國內一些企業也同時研製加速壽命試驗的設備儀器。
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2、LED器件可靠性

LED器件可靠性主要取決於二個部分：外延芯片及器件封裝的性能質量
，這二種失效機理完全不一樣

，現分別敘述。

（1）外延芯片的失效

影響外延芯片性能及質量的
，主要是與外延層特別是P-njiebufendeweicuohequexiandeshumuhefenbuqingkuang，jinshuyubandaotijiechucengzhiliang，yijiwaiyancengjixinpianbiaomianhezhoubianzhanwuyinqilizishumujizhuangkuangyouguan。xinpianzaijiarejiadiantiaojianxia
，huizhubuyinqiweicuo

、缺陷
、表biao麵mian和he周zhou邊bian產chan生sheng電dian漂piao移yi及ji離li子zi熱re擴kuo散san
，使shi芯xin片pian失shi效xiao，正zheng是shi上shang麵mian所suo說shuo的de本ben質zhi失shi效xiao。要yao提ti高gao外wai延yan芯xin片pian可ke靠kao性xing指zhi標biao，從cong根gen本ben上shang要yao降jiang低di外wai延yan生sheng長chang過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de位wei錯cuo和he缺que陷xian以yi及ji外wai延yan層ceng表biao麵mian和he周zhou邊bian的de沾zhan汙wu
，提ti高gao金jin屬shu與yu半ban導dao體ti接jie觸chu質zhi量liang
，從cong而er提ti高gao工gong作zuo壽shou命ming的de時shi間jian。目mu前qian有you報bao道dao，對dui裸luo芯xin片pian作zuo加jia速su壽shou命ming試shi驗yan，並bing進jin行xing推tui算suan，一yi般ban壽shou命ming達da10萬小時以上，甚至幾十萬小時。

（2）器件封裝的失效

有報道稱：LED器件失效大約70%以上是由封裝引起
，所以封裝技術對LED器件來說是關鍵技術。有關LED器件封裝技術在文章[3]
、[4]中有詳細論述
，所以在此不作介紹，隻簡要分析有關LED器件封裝的可靠性問題。LED封裝引起的失效是從屬失效，其原因很複雜，主要來源有三部分：

其一
，封裝材料不佳引起，如環氧
、矽膠
、熒光粉
、基座
、導電膠
、固晶材料等。

其二
，封裝結構設計不合理，如材料不匹配、產生應力

、引起斷裂、開路等。

其三，封裝工藝不合適，如裝片、壓焊、點膠工藝

、固化溫度及時間等。

weitigaoqijianfengzhuangkekaoxing，shouxianzaiyuancailiaoxuanyongfangmianyaoyangekongzhicailiaodezhiliang

，zaifengzhuangjiegoushangchulekaolvchuguangxiaolvhesanrewai
，haiyaokaolvduozhongcailiaojiehezaiyiqishiderezhangpipeiwenti。zaifengzhuanggongyishang，yaoyangekongzhimeidaogongxudegongyiliucheng，jinliangcaiyongzidonghuashebei
、確保工藝的一致性及重複性，保障LED器件性能和可靠性指標。