LED灯具加速寿命测试方法

LED灯具加速寿命测试方法

为了快速发现LED光源模块的失效点和薄弱点，通常采用加速寿命试验对其进行可靠性研究试验。所谓加速寿命试验就是在不改变失效机理的前提下，采用提高应力的方法，使器件加速失效，以便在较短的时间内取得加速情况下的失效率、寿命等数据，然后推算出在正常状态应力条件下的可靠性特征量。加大应力情况下能加快LED内部物理化学的变化，迅速暴露出器件结构设计和材料的缺陷，为LED光源模块结构设计和材料优化提供依据和参考。目前常用的施加应力条件包括温度、湿度、振动与冲击、太阳辐射(紫外辐射)、电磁辐射、气压强度、化学物质(腐蚀气体)、沙尘、电压、电流等，多项研究证明，针对LED光源模块比较有效的加速应力主要是温度、湿度、电流和振动，LED灯具可靠性试验方法的关键在于如何采用应力的组合方式、施加时间和施加方式。按照在试验时施加应力的方式，加速寿命试验可以分为以下几种。

1.恒定应力加速寿命试验

恒定应力加速寿命试验是将样品分为几组，每一组都在一个固定的应力下进行试验，样品在试验期间所承受的应力保持不变，应力水平数不少于3个。该试验的试验时间较长，样品数量相对多一些。但与其他两种加速寿命试验相比是最为成熟的试验方法，其试验设备相对简单，试验条件易于控制，试验结果误差也较小，因而得到广泛应用。目前美国能源之星对LED灯具寿命的测试就是采用这个方法，必须先测试LED芯片在55℃，85℃以及一个厂家指定的温度环境下的6000小时光衰数据，然后再测试LED芯片在LED灯具中的温度，就可以推算出LED灯具寿命。但是恒定应力加速方法所需要的时间还是太长，无法适应市场的需要。

2.步进应力加速寿命试验

步进应力加速寿命试验是样品在试验期间所承受的应力按一定的时间间隔阶梯式增加，直至样品产生足够的退化为止。该试验能够在较短的时间内观察到元器件的失效，而且只需要一组试验样品。但是两组应力之间的时间间隔不容易确定。时间间隔太短，则变更应力时的过渡效应会对产品的老化结果带来影响，时间间隔太长，则与恒定应力加速寿命试验无本质区别。而且以步进应力加速寿命试验来确定产品的寿命——应力关系的话，误差也相对较大。

目前一个研究热点就是利用步进温度应力和恒定高湿度应力对LED光源子系统进行加速退化试验，从而预测其寿命。运用这个方法必须基于以下五个假设：

(1)试验样品经历的性能退化不可逆转，即性能退化过程具有单调性。

(2)在每一个加速应力水平下，试验样品的失效机理与失效模式均保持不变。

(3)在不同应力水平下试验样品的加速退化数据具有相同的分布形式，同时利用性能退化数据得到的样品伪失效寿命在不同应力水平下应服从同一分布类型。

(4)试验样品具有“无记忆特性”，其残余寿命与累积的方式无关，仅取决于加载的应力水平和已累积失效部分。

(5)可以通过线性或线性化的表达式来描述产品的性能退化过程。

一般选定三个步进温度应力水平和一个恒定湿度应力水平，首先计算具体温度应力步长时间，然后确定置信度、样品数量等，当试验时间到达终止时间，选取拟合程度较高的退化模型拟合退化数据，计算出样品在恒定高湿应力下不同温度应力水平的伪失效寿命，最后求出正常应力水平下的光源可靠度分布函数等可靠性特征，并计算出寿命。利用此方法一般测试时间为2000小时，可以满足市场需要，但是最终可靠的研究成果还未通过与实际点燃灯具寿命的比对验证。

3.序进应力加速寿命试验

序进应力加速寿命试验是样品在试验期间所承受的应力按时间等速增加，直至样品产生足够的退化为止，该试验的优点是加速效率最高，试验时间最短。但试验的过程中应力随时间连续增加，为了确定元器件的退化程度与应力-时间的依赖关系，需要在几个不同的应力-时间变化率上重复做几次试验，因此这就决定了其统计分析非常复杂，而且试验装置比较昂贵，因而较少采用。

4.高加速寿命试验

现在一个LED可靠性强化试验方向是在步进应力加速和序进应力加速的基础上，综合其它应力条件的高加速寿命试验(HALT)。根据标准GWM8287，高加速寿命试验的第一步是进行步进温度试验。

第二步进行快速温度变化试验。

第三步进行步进振动试验。

第四步进行步进振动和快速温度变化同时作用的试验。

最后根据实际样品情况在上述四个步骤的基础上进行序进应力加速循环试验，把几种应力条件不断提高，直到产品失效为止。这种方法的主要目的是找到产品的应力极限，不可预测寿命，一般试验时间小于100小时。

这四种加速寿命试验各有优缺点，在实际的可靠性研究试验中应针对不同试验品特点进行试验方法的选择。

目前LED灯具可靠性和加速寿命检测方法都在研究当中，不同的研究机构都有自己的研究方向和观点。笔者认为2000小时左右的加速测试时间市场可以接受，检测费用也不会过高，应力加速测试时间结束后，除了测试常用的LED灯具光通量、色坐标等指标以外，建议可以加上LED电噪声功率谱等一些可以反映微观物理机制改变的可靠性指标。因为光通量的变化并不敏感，加速寿命测试后，某些LED灯具实际可靠性结构和微观物理机制已经发生变化，但是光通量和色坐标并没有明显变化，如果配以其他可靠性指标的测试可以提高可靠性检测结果的可信度。