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：

1、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-n結(jie)部(bu)分(fen)的(de)位(wei)錯(cuo)和(he)缺(que)陷(xian)的(de)數(shu)目(mu)和(he)分(fen)布(bu)情(qing)況(kuang)，金(jin)屬(shu)與(yu)半(ban)導(dao)體(ti)接(jie)觸(chu)層(ceng)質(zhi)量(liang)
，以(yi)及(ji)外(wai)延(yan)層(ceng)及(ji)芯(xin)片(pian)表(biao)麵(mian)和(he)周(zhou)邊(bian)沾(zhan)汙(wu)引(yin)起(qi)離(li)子(zi)數(shu)目(mu)及(ji)狀(zhuang)況(kuang)有(you)關(guan)。芯(xin)片(pian)在(zai)加(jia)熱(re)加(jia)電(dian)條(tiao)件(jian)下(xia)
，會(hui)逐(zhu)步(bu)引(yin)起(qi)位(wei)錯(cuo)、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(da)10萬小時以上，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。

為(wei)提(ti)高(gao)器(qi)件(jian)封(feng)裝(zhuang)可(ke)靠(kao)性(xing)，首(shou)先(xian)在(zai)原(yuan)材(cai)料(liao)選(xuan)用(yong)方(fang)麵(mian)要(yao)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)材(cai)料(liao)的(de)質(zhi)量(liang)
，在(zai)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)上(shang)除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)出(chu)光(guang)效(xiao)率(lv)和(he)散(san)熱(re)外(wai)，還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)多(duo)種(zhong)材(cai)料(liao)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)時(shi)的(de)熱(re)漲(zhang)匹(pi)配(pei)問(wen)題(ti)。在(zai)封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝(yi)上(shang)，要(yao)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)每(mei)道(dao)工(gong)序(xu)的(de)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)
，盡(jin)量(liang)采(cai)用(yong)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)備(bei)、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。