大功率LED加速寿命试验及问题分析图文精.docx

大功率LED加速寿命试验及问题分析图文精.docx

《大功率LED加速寿命试验及问题分析图文精.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大功率LED加速寿命试验及问题分析图文精.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大功率LED加速寿命试验及问题分析图文精

技术专栏

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｃｏｌｕｍｎ

ｄｏｉ：

１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３５３ｘ．２００９．１０．０１３

大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析

王亚盛１，张丽燕１，刁生进２

（１．威海职业学院，山东威海２６４２１０；２．威海高迸电子有限公司，山东威海２６４２０９）摘要：

采用国家标准（ＧＢｌ７７２）规定的电子元器件加速寿命试验方法，选择了工作环境温度作为加速应力，设计了四个应力等级的大功率ＬＥＤ加速寿命试验方案并进行试验。

试验结果丝引线球焊处开裂、金属化层失效等主要失效机理的产生原因以及温度、电流密度之间关系分析，认为基于Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行大功率ＬＥＤ加速寿命试验存在不足和缺陷，不能准确地预测稳态温度下的ＬＥＤ寿命，应当对Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正。

关键词：

大功率ＬＥＤ；激活能；失效机理；加速寿命

中图分类号：

ＴＮ３０６

文献标识码：

Ａ

文章编号：

１００３．３５３Ｘ（２００９）１０。

０９８６—０５

ＴｅｓｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈ—ＰｏｗｅｒＬＥＤＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＬｉｆｅ

ＷａｎｇＹａｓｈｅｎ９１，ＺｈａｎｇＬｉｙａｎｌ，ＤｉａｏＳｈｅｎ西ｉｎ２

（１．Ｗｅｉｈａｉ

ＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２１０，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｗｅｉｈａｉ

Ｃ．∞ｙｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

Ｃｏ．，ｌｚｄ．，Ｗｅｉｈａｉ

２６４２０９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｆｏｕｒｓｔｒｅｓｓ－－ｇｒａｄｅｓｏｆｈｉｓｈ・－ｐｏｗｅｒＬＥＤ

ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅｔｅｓｔ

ｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ

ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ

ｌｉｆｅ

ｔｅｓｔ

ｍｅｔＩｌｏｄｓｏｆ

ＧＢｌ７７２

ｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ．ａｎｄ

ｅｎｆｉｍｎｍｅｎｔ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄ

ａｓ

ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｔｒｅｓｓ．ＴｅｓｔＩｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａＩ℃２

ｏｒ

３ｓｐｅｃｉｅｓｏｆｆａｉｌｕｒｅ

ｍｏｄｅｓ

ｆｏｒｅａｃｈｓｔｒｅｓｓ

ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ

ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ

ｅｎｅｒｇｙ

ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ

ａｒｅ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ

ｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｇｏｌｄ－ｗｉｒｅｓｏｌｄｅｒｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄｍｅｔａｌｌａｙｅｒｆａｉｌｕｒｅａｓ

ｗｅｌｌ

ａｓ

ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ

ｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ

ａｎｄ

ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅ

ｔｅｓｔ

ｏｆＡｒｒｈｅｎｉｕｓｍｏｄｅｌｗｅｒｅ

ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

ｎｅＬＥＤ

ｌｉｆｅｕｎｄｅｒｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｌ

ｎｏｔ

ｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｔｈｅＡｒｒｈｅｎｉｕｓ

ｍｏｄｅｌｓｈｏｕｌｄｂｅａｍｅｎｄｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｈｉｓｈ－ｐｏｗｅｒＬＥＤ；

ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ

ｅｎｅｒｇｙ；

ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅ

ＥＥＡＣＣ：

０１７０Ｎ

０

引言

目前，ＬＥＤ、激光二极管等半导体光电器件的

加速寿命试验中，普遍采用温度或电流作为加速应力，基于Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行稳态工作温度下的寿

命预测。

本文结合美国ＬＵＭＩＬＥＤ、ＣＲＥＥ等公司的

９８６半导体技术第３４卷第１０期

加速寿命试验方案，引用了ＭＩＬ－ＳＴＤ．７５０，ＭＩＬ－

ＨＡＢＫ．２１７Ｃ，ＧＢｌ７７２技术标准，对工作电流２０

ｍＡ

的小功率蓝光ＬＥＤ和工作电流３５０

ｍＡ的大功率蓝

光ＬＥＤ，以温度作为加速应力进行多次试验，发现

在不同应力等级下出现的失效模式有差异，得到的

激活能也不同，因而无法准确预测ＬＥＤ稳态工作

２００９年１０月

万方数据

王亚盛等：

大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析

温度下的寿命。

应用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行ＬＥＤ寿命预测存在一定的局限性和缺陷，需要对Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正。

１

加速寿命试验方案

１．１

加速应力与应力水平１．Ｉ．１

以温度作为加速应力

工作环境温度（以ＬＥＤ封装引脚焊接点的温度Ｌ为测量点）与ＬＥＤ失效之间的关系极为密

切，在ＬＥＤ器件系统热阻Ｒｔｈ不变的前提下，７－（“）

升高，其结温ｒ（ｊ，ｉ）也升高，导致ＬＥＤ提前失效。

因此，依据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型，采用引脚焊接点温度ｒ（．．ｉ）作为加速寿命试验的加速应力。

以ＸＲ．Ｅ和Ｓ－４０ＬＥＤ相同封装的样品进行试

验，其结温ｒ（ｊ。

ｉ）为

Ｔ（ｊ．ｉ）＝Ｐ（ｔ，ｉ）。

ＪＲｔｈ＋ｒ（。

，ｉ）

（１）

式中：

Ｐ。

为ＬＥＤ热耗散功率，单位ｗ；ＸＲ．Ｅ型的

ＬＥＤ热阻Ｒｔｈ＝８。

Ｃ／Ｗ；Ｓ一４０型的ＬＥＤ热阻ＲｔｌＩ＝

ｌＯ℃／Ｗ。

在加速寿命试验过程中，保持热阻和热耗散功率恒定不变，通过调整瓦实现在不同结温死情况下进行加速寿命试验。

１．１．２加速应力水平设定

设定最低温度ｒ（ａ，１）＝３２８Ｋ，最高试验温度ｒ（“）＝４０５Ｋ，温度应力水平为四级，分别为ｒ（．。

１）、ｒ（。

．２）、ｒ（。

，３）和７’（。

，４）。

四级水平的级差△ｒ和各级温度的值分别为

ＡＴ＝（１／ｒ（ａ，１）一ｌ／ｒ（．，４））／３＝

１．９３２１×１０—４Ｋ

ｒ（。

，２）＝１／（１／ｒ（。

，１）一△Ｔ）＝３５０Ｋｒ（．．３）＝１／（１／ｒ（。

。

１）一２ＡＴ）＝３７６Ｋ

考虑实际温度试验箱的温控精度为±１．５℃，为此，确定四个级别的温度应力水平下的试验温度中心值分别为

孔．。

”＝５５℃，

致．，２）＝７７℃，

ｒ（．，３）＝１０３ｏＣ，

ｒ（．．４）＝１３２ｏＣ。

Ｏｃｔｏｂｅｒ２ｆ如哆

１．２‘结温与加速系数

１．２．１不同应力水平下的结温确定

以室温２７℃条件下得到的ＬＥＤ产品可靠性指

标为基准指标，根据式（１）可计算出各应力水平试验条件下的结温。

ｘＲ—Ｅ型ＬＥＤ的恒定工作电流为３５０ｍＡ，工作电压为３．３Ｖ，功率为１

１５５

ｍＷ，按照约８５％的功

率转化为热能计算…，则热耗散功率Ｐ（ｔ’１）为

９８２

ｒ—ｌＷ。

则各水平试验条件下的结温分别为

丁（ｊ，１）１＝６３ｏＣ（３２８Ｋ），Ｔ（ｊ，２）１＝８５ｏＣ（３５８Ｋ）ｒ（ｊ．３）１＝１１１

ｏＣ（３８４Ｋ），Ｔ（ｊ，４）１＝１４０℃（４１３Ｋ）

Ｓ－４０型ＬＥＤ的恒定工作电流为３５０ｍＡ，工作

电压为３．４Ｖ，功率为１

１９０

ｍＷ，按照约８５％的功

率转化为热能计算…，则热耗散功率Ｐ（。

，２）为

１０１２

ｍｗ。

则各水平试验条件下的结温分别为

ｒ（ｊ，１）２＝６５ｏＣ（３３０Ｋ），ｒ（ｊ，２）２＝８７℃（３６０Ｋ）ｒ（ｊ，３）２＝１１３

ｏＣ（３８６Ｋ），ｒ（ｊ．４）２＝１４２ｏＣ（４１５Ｋ）

１．２．２加速系数确定

郭春生等人［２］提供了一种快速评价半导体器件失效激活能的方法，适用于确定非灾变性失效，而

对于ＬＥＤ灾变性失效来说，每个ＬＥＤ样品只能发

生一次失效，无法应用该方法。

通过查询相关资料得知，即使相同失效模式下其激活能也有差异［３］，如表ｌ所示。

表１不同失效模式的激活能（Ｅａ）

Ｔａｂ．１

Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｏｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ

在大功率ＬＥＤ寿命试验中，其失效机理除了

表１所述的四种情况以外，还有引线断裂、芯片表

面分层、芯片内部缺陷导致光效下降、白光ＬＥＤ

使用的荧光粉性能下降、芯片与基板界面开裂、芯片开裂等。

＆ｍ／ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶ０１．３４Ｎｏ．１０

９８７

万方数据

王亚盛等：

大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析

显然，ＬＥＤ失效与芯片制造、芯片封装工艺技术直接相关，没有一个确定的激活能值可以准确地预计稳态工作温度下ＬＥＤ产品的寿命。

只有为数不多的失效机理是决定性的或长时间处于支配地位，很多的失效机理不知何时、何种情况下会发生。

根据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型推理出来的稳态工作温度下的ＬＥＤ寿命Ｍ仃％为

ＭＴｒＦｏ＝肼娜ｌ・ｅｘｐ［一Ｅ。

Ｉｋ（１／ｒ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ（ｊ，１））］＝

』ｌ∥ｒ丁％・ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／孔ｊ，ｏ）一１／Ｔ（ｊ，２））］＝ＭＴＴＦ３・ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／Ｔ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ（ｊ，３））］＝ＭＴＴＦ４・ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／Ｔ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ（ｊ，４））］

（２）

其中，加速系数分别为

ｒｏｌ＿ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／Ｔ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ（ｊ，１））］ｒ０２＝ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／Ｔ（ｉ。

ｏ）一１／Ｔ（ｊ．２））］ｒ∞＝ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（Ｉ／Ｔ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ＜ｊ，３））］ｒ０４＝ｅｘｐ［一Ｅ。

／ｋ（１／Ｔ（ｊ，ｏ）一１／Ｔ＜ｊ’４））］１．３定数截尾试验参数

根据ＬＥＤ产品的特点，采用定数截尾无替换试验方案，按照亚５级试验，相关试验参数确定如下：

置信度为６０％；允许失效数Ｃ＝Ｉ；总试验时间６７４００元件小时；最长试验时间设定为ｌ

０００ｈ；

试验的总样品数量ｎ＝７０，其中，在低温温度ｒ（。

．１）试验条件下的样品数ｎｌ＝２２，加速温度ｒ（。

．２）、ｒ（ａ，３）和ｒ（ａ，４）试验条件下的各组样品数，１２、ｎ３和ｎ４均为１６只。

各组的试验截尾数均为８只，即当失效的ＬＥＤ个数为８个时，停止该组试验。

１．４失效判据

在试验过程中，ＬＥＤ出现下列情况之一，则判定为该ＬＥＤ失效：

①不能工作或不亮；②时亮时不亮或闪亮；③正向电压Ｖｒ＞１．２Ｕｕ（测试条件，Ｆ＝Ｕ）；④反向电流，Ｒ＞２Ｕｕ（测试条件，Ｒ＝Ｕ）；⑤光衰≤７０％

９８８半导体技术第３４卷第１０期

（测试条件，Ｆ＝Ｕ）。

其中，ｕｕ是规定参数的上限值，Ｕ是规定参数的标称额定值。

１．５测试时间间隔

根据ＬＥＤ的寿命浴盆曲线特征，过程测试的时间间隔不能采取平均间隔方式，在试验初期的测试时间间隔要短，中期要长。

采用Ｉｎｔ时间分割模式，每隔１／２测试一次，即从开始试验计算，每次测试间隔的时间为：

１，３，１０，３０，１００，３００，１

０００

ｈ，共测试７次。

２

试验结果

ＸＲ．Ｅ和Ｓ一４０型ＬＥＤ样品试验结果如表２。

表２失效数量（仃。

）、有效工作时间与模式

Ｔａｂ．２

Ｎｕｍｂｅｒｏｆ

ｆａｉｌｕｒｅｓ．ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｉｍｅａｎｄｍｏｄｅｏｆｗｏｒｋ

１级应力水平的试验失效数占样品数的３６．３％，２—４级应力水平试验失效数占试验样品数的５０％，符合国家标准ＧＢｌ７７２第３．３条款要求。

３

问题分析与改进建议

３．１

不同应力水平下的激活能差异较大

由于各组样品是在同一批次、同等工艺条件下

生产的产品，所以，依据式（２）在不同温度应力

水平下预测的稳态工作温度寿命肘ｍ。

应基本相

同。

然而，通过试验结果分析得知，不同应力水平下的激活能差异较大，如表３所示。

２００９年ｌＯ月

万方数据

王亚盛等：

大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析

表３

ＬＥＤ不同应力水平试验的激活能

Ｔａｂ．３

Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌ

３．２不同应力水平下的失效模式有差异

在４种应力水平下共有４种失效模式分别是：

其中ＸＲ．Ｅ型ＬＥＤ有１３只是金丝引线球焊处开裂，８只芯片表面失效，Ｓ－４０型ＬＥＤ有１０只是金丝引线球焊处开裂，７只光衰下降至７０％，５只芯片金属化层失效。

３．３产生失效的主要机理与原因分析３．３．１金丝引线球焊处开裂

金丝引线球焊处开裂主要失效机理与芯片的封装工艺关系密切，如图１所示。

（１）开裂（ｂ）空洞

图１

金丝球焊界面开裂和空洞

Ｆｉｇ．１

Ｃｒａｃｋａｎｄｖｏｉｄ

ａｔ

ｇｏｌｄ－ｗｉｒｅｓｏｌｄｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ

由于克肯达尔效应导致在芯片电极与金丝球焊接界面处形成许多空洞，随着温度升高，空洞也增多，导致界面电阻增大，电阻增大后产生的热量增加，形成正反馈，最终导致界面开裂。

另外，如果金丝球焊焊接温度过低，芯片电极表面被氧化可导致焊接界面形成的金属合金层电阻过大，在高温、大电流应力下形成空洞，导致热阻增大，严重时引起界面开裂。

３．３．２芯片金属化层失效

导致金属化层失效的原因主要有：

Ｏｃｔｏｂｅｒ

２００９

①高温加速了多金属化层的电化学腐蚀，当相邻层金属之间的电化学势差大于０．２ｅＶ以上时，电化学腐蚀比较严重。

②在大电流密度情况下，由于导电电子和金属原子间的能量交换引起电迁移，使在电子流动方向上产生堆积，形成小丘，在另一方向上产生空洞。

特别是在温度梯度大的地方更易产生电迁移。

由于

电迁移导致的ＬＥＤ失效，其预期寿命何。

ｌ。

。

可由式

（３）估算出来【３］

ＴＦ妇＝（管）（寿）２盯２ｅ印（鲁）

㈥

式中：

Ｃ是发生失效时的空位浓度的临界值；Ｄ是金属化层的扩散系数；ＩＤ是金属化层的电阻率；，是金属化层的电流密度；Ｚ。

是离子电荷；ｋ为波尔兹曼常数。

在ＬＥＤ产品的工艺和材料确定的情况下，预期寿命主要与温度ｒ和工作电流密度Ｊ有关。

根据Ｐ．Ｇｈａｔｅ［４］的试验分析结合本文的试验表明，当ＬＥＤ的工作电流密度小于２×ｌｏｓ

Ａ／ｃｍ２，

结温低于８５℃时，电迁移对ＬＥＤ失效的影响很小。

ＬＥＤ芯片金丝球焊采用的金丝直径一般为２．５４

Ｘ

ｌＯ～一３．０×１０一ｃｍ，焊点处的电流密度为０．２Ｘ

１０５一ｌ×ｌｏｓ

Ａ／ｃｍ２，稳态工作温度下一般不会产生

电迁移失效。

而在加速寿命试验中，由于结温在１１０—１４０℃，这时的电迁移影响就不能忽略不计

了。

３．４失效机理与温度的关系分析

在ＬＥＤ加速寿命试验中，常见的失效机理有５～６种，每种失效机理发生的温度段不同，都有一定的阈值温度点和适应范围，并不是每种失效机

理的作用都与温度成正比，它还与ＬＥＤ的制造工

艺、‘材料和质量控制等因素紧密相关。

所以，会出现相同的失效机理其激活能的取值范围差异较大的现象。

在使用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型对稳态工作温度下的产品寿命进行预测时，选取的激活能相差０．１ｅＶ，会导致预测的寿命相差十几倍甚至上百倍的差异。

３．５基于主要失效模式下的寿命预测方法探讨

多年来，许多科学家在发现Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型存

万方数据

王亚盛等：

大功率ＬＥＤ加速寿命试验及问题分析

在的局限性和缺陷情况下，分别针对不同的失效模式开展加速寿命试验及寿命预测的研究。

结合大功率ＬＥＤ产品的试验情况，本文提出了一种基于主要失效模式下的ＬＥＤ产品稳态工作温度下的寿命预测模式。

３．５．１主要失效模式确定

温度作为加速因子进行试验，以失效模式发生顺序和数量为依据确定主要失效模式，依据式（４）确定的失效系数Ｆ＝５时对应的所有失效模式确定为主要失效模式。

失效系数，的计算公式为

，＝－ｏ（，ｔｎ＋丢ｎ忽＋．．・＋７１如）僖，ｔ矗

（４）

其中：

ｍ是在一组应力水平下进行试验过程中第ｍ次发生的失效模式；ｎｆｍ是第ｍ次发生的失效模式以后续该失效模式继续发生的累计失效样品数量。

１≤ｍ４５，在保证Ｉ＞５的前提下，ｍ取最小值。

３．５．２常见失效模式的寿命预测模型

由于电迁移导致芯片金属化层失效情况下，可按照Ｓｈａｔｚｋｅｓ和Ｌｌｏｙｄ模型给出的式（３）进行稳态

工作温度下的ＬＥＤ产品寿命预测。

由于克肯达尔效应引起在芯片电极与金丝球焊接界面处形成许多空洞导致失效情况下，可按照ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ．Ｄｕｍａ模型［５］给出的公式进行稳态工作温度下的ＬＥＤ产品寿命预测

ＴＩＣ—Ｂｏａ＝ｅｘｐ（台）

（５）

Ｂ０＝，ｎ（去）／｛忐Ｍ㈨ｈ㈠啪。

］）

ｆｏ＝Ｎ，．ｍｅｔ（ｔ＝ＺＦｓｄｄｖ）／Ⅳｖｏ。

。

ｔ

式中：

Ｎ，一。

是在ｔ时刻金属化层的空洞密度；Ａｏ是与相关体积对应的表面积；９（ａ，ｔ）是ｔ时刻由于空洞浓度梯度引起的在金属化层平面方向的逆扩散；ａ为金属化层裂缝长度；９（ｂ，ｔ）是在ｔ时刻由于空洞浓度梯度引起的在金属化层厚度ｂ方向的逆扩散；盯。

。

是温度变化产生的金属化层应力。

当ＬＥＤ光衰降低至７０％标准值引起失效的情况下，可直接应用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行稳态工作温度下的寿命预测，其预测结果与实际符合度较好。

９９０半导体技术第３４卷第１０期

芯片与基板结合面开裂、芯片裂缝等失效模式如何对Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正或建立新模型，还有待于进一步研究试验。

４

结论

通过试验、分析和研究认为，采用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ

模型以温度作为加速因子对大功率ＬＥＤ、半导体器

件进行加速寿命试验，存在如下的局限性和缺陷，即相同一组应力等级样品中，会出现多种失效模式，不同失效模式的失效机理不同，无法应用同一

个Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行稳态工作温度下的ＬＥＤ寿命

预测；不同应力等级试验得到的相同失效模式的激活能不同，差异０．１ｅＶ，会导致预测的寿命相差１。

２个数量级的误差。

为此，需要根据不同失效模式的产生机理进行分析、试验，对不同失效模式的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型进行修正。

通过试验确定１—２种主要失效模式，探

索对ＬＥＤ稳态工作温度下的寿命预测方法。

参考文献：

［１］彭浩，武红玉，刘东月，等．大功率ＬＥＤ稳态热阻测试的

关键因素［Ｊ］．半导体技术，２００９，３４（２）：

４５５．４５７．

［２］郭春生，谢雪松，马卫东，等．快速评价半导体器件失效

激活能的方法［Ｊ］．半导体技术，２００６，３１（２）：

１２２．１２４．［３］ＬＡＬＬＰ，ＰＥＣＨＴ

ＭＧ，ＨＡＫＩＭＥ

Ｂ．温度对微电子和系统

可靠性的影响［Ｍ］．贾颖，译．北京：

国防工业出版社，

２００８．

［４］ＧＨＡＴＥＰ．Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｊ］．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ

Ｆｉｌｍｓ，１９８１，８３（２）：

１９５．２０５．

［５］ＭＣＰＨＥＲＳＯＮ

Ｊ

Ｗ，ＤＵＮＮＣＦ．Ａｍｏｄｅｌｆｏｒｓｔｒｅｓｓ－ｉｎｄｕｃｅｄｍｅｔａｌｎｏｔｃｈｉｎｇａｎｄ

ｖｏｉｄｉｎｇｉｎ

ｖｅｒｙ

ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＡＩ・・Ｓｉ（１％）ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ

ｏｆ

Ｖａｃｕｕｍ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢ，１９８７，５（５）：

１３２１—１３２５．

（收稿日期：

２００９．０６．２２）

作者简介：

王亚●（１够卜）．男，山东龙口人，教授，工

程技术应用研究员，目前主要从事电子技术应用、傲电子器件的研究开发与教学工作。

２００９年ｌＯ月

万方数据

大功率LED加速寿命试验及问题分析作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷（期：

引用次数：

王亚盛，张丽燕，刁生进，WangYasheng，ZhangLiyan，DiaoShengjin王亚盛,张丽燕,WangYasheng,ZhangLiyan（威海职业学院,山东威海,264210，刁生进,DiaoShengjin（威海高进电子有限公司,山东威海,264209半导体技术SEMICONDUCTORTECHNOLOGY2009，34（100次参考文献（5条1.彭浩.武红玉.刘东月大功率LED稳态热阻测试的关键因素2009（22.郭春生.谢雪松.马卫东快速评价半导体器件失效激活能的方法2006（23.LALLP.PECHTMC.HAKIMEB.贾颖温度对微电子和系统可靠性的影响20084.GHATEPAluminumalloymetallizationforinte-gratedcircuits1981（25.MCPHERSONJW.DUNNCFAmodelforstress-inducedmetalnotchingandvoidinginverylarge-scaleintegratedAl-Si（1%metallization1987（5相似文献（1条1.学位论文沈海平大功率LED可靠性预测机制研究2008半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业，大功率LED是半导体照明的关键器件，而最终能否实现半导体照明的普及，取决于大功率LED光效和可靠性问题的解决。

对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础，本论文研究大功率LED可靠性预测机制，尝试一种在无需长期寿命试验条件下实现对LED可靠性量化预测的新方法，它能节省寿命试验成本，为LED早期失效筛选及产品质量管理提供依据，对于LED科研与产业都具有重要的学术价值和实用价值。

论文创造性地提出了基于特性曲线的大功率LED可靠性预测机制。

在分析电导数特性曲线、光输出特性曲线、光谱特性曲线及热特性曲线这几条与LED可靠性相关的特性曲线机理与测试原理的基础上，从中分别提取出理想因子、串联电阻、光输出饱和度、电流温度主波长偏移、电流温度色差、结温及热阻这几个特性参数，实验证明了这些特性参数与LED可靠性之间的相关性，并用人工神经网络将特性参数与LED寿命和颜色退化量之间建立模型，从而形成了基于特性曲线的大功率LED可靠性预测机制。

完成了对大功率LED特性曲线测试系统的构架。

将电导数特性曲线、光输出特性曲线、光谱特性曲线测试机构集成为一套系统，热阻测试机构则作为单独系统，按照不同特性曲线的测试要求，提出了不同的测试方案，分析了积分球空间响应不均匀性、探头光谱失配、光谱仪杂散光和带宽这些影响测量精度的问题，并提出了改进方案和校正算法。

首次对各特性参数在测试过程中的不确定度作了系统分析。

运用不确定度理论在对各特性参数的测量不确定度进行分析的过程中发现，多数特性参数的精确测量对仪器精度和测量过程不确定度控制的要求都非常高，以这些分析结果作为对仪器设计和测试过程控制的量化指导。

对大功率GaN基蓝光及pc白光LED进行了可靠性实验。

建立起了基于特性曲线的大功率LED可靠性预测机制，对700mA条件下加速外推寿命的平均预测误差为：

蓝光LED23.6％，白光LEDl5.9％，对700mA条件下加速颜色退化量的平均预测误差为：

蓝光LED主波长退化11.1％，白光LED颜色退化l7.2％。

对预测风险作了分析，表明在实际条件下，外界环境和使用条件的差异引发的激活能变化，使得排除了时间因子的可靠性预测风险非常大，失效机理的边界问题也对可靠性预测机制的鲁棒性提出了考验，另外预测结果的参考意义存在一定局限性，预测机制的适用对象范围也有待进一步的检验。

提出了一套简化的基于热阻和理想因子的大功率LED可靠性筛选机制，可用于LED早期失效筛选，对老炼后的LED进行了基于特性曲线的失效分析，对LED进行了静电试验。

对大功率pc白光LED进行了长期寿命试验。

设计了一套新型的寿命测试系统，采用了基于光谱辐射测试的LED寿命试验，在比较Arrhenius模型和逆幂定律的基础上引入了一个更精确的Eyring模型作为加速寿命试验模型，寿命试验结果为：

500mA条件下平均加速寿命3875小时（U=0.6％，k=2，估算额定条件下平均正常使用寿命12628小时（U=6.3％，k=2，分析了寿命试验中的外推寿命不确定度和加速寿命不确定度，运用特性曲线分析了LED的颜色失效模式和失效机理。

本文链接：

下载时