作為電子元器件，發(fā)光二極管已出現40多年，但長(cháng)久以來(lái)，受到發(fā)光效率和亮度的限制，僅為指示燈所采用，直到上世紀末突破了技術(shù)瓶頸，生產(chǎn)出高亮度高效率的LED和蘭光LED，使其應用范圍擴展到信號燈、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。隨著(zhù)LED應用范圍的加大，提高LED可靠性具有更加重要的意義。LED具有高可靠性和長(cháng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，需要通過(guò)壽命試驗對LED芯片的可靠性水平進(jìn)行*價(jià)，并通過(guò)質(zhì)量反饋來(lái)提高LED芯片的可靠性水平，以保證LED芯片質(zhì)量，為此在實(shí)現全色系LED產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了LED芯片壽命試驗的條件、方法、手段和裝置等，以提高壽命試驗的科學(xué)性和結果的準確性。

全方位解析LED芯片壽命測試

壽命試驗條件的確定
    電子產(chǎn)品在規定的工作及環(huán)境條件下，進(jìn)行的工作試驗稱(chēng)為壽命試驗，又稱(chēng)耐久性試驗。隨著(zhù)LED生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品的壽命和可靠性大為改觀(guān)，LED的理論壽命為10萬(wàn)小時(shí)，如果仍采用常規的正常額定應力下的壽命試驗，很難對產(chǎn)品的壽命和可靠性做出較為客觀(guān)的*價(jià)，而我們試驗的主要目的是，通過(guò)壽命試驗掌握LED芯片光輸出衰減狀況，進(jìn)而推斷其壽命。根據LED器件的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對比試驗和統計分析，最終規定了0.3×～0.3mm2以下芯片的壽命試驗條件：

    [1]。樣品隨機抽取，數量為8～10粒芯片，制成ф5單燈；
    [2]。工作電流為30mA；
    [3]。環(huán)境條件為室溫(25℃±5℃)；
    [4]。試驗周期為96小時(shí)、1000小時(shí)和5000小時(shí)三種；

　　工作電流為30mA是額定值的1.5倍，是加大電應力的壽命試驗，其結果雖然不能代表真實(shí)的壽命情況，但是有很大的參考價(jià)值；壽命試驗以外延片生產(chǎn)批為母樣，隨機抽取其中一片外延片中的8~10粒芯片，封裝成ф5單燈器件，進(jìn)行為96小時(shí)壽命試驗，其結果代表本生產(chǎn)批的所有外延片。一般認為，試驗周期為1000小時(shí)或以上的稱(chēng)為長(cháng)期壽命試驗。生產(chǎn)工藝穩定時(shí)，1000小時(shí)的壽命試驗頻次較低，5000小時(shí)的壽命試驗頻次可更低。

過(guò)程與注意事項
    對于LED芯片壽命試驗樣本，可以采用芯片，一般稱(chēng)為裸晶，也可以采用經(jīng)過(guò)封裝后的器件。采用裸晶形式，外界應力較小，容易散熱，因此光衰小、壽命長(cháng)，與實(shí)際應用情況差距較大，雖然可通過(guò)加大電流來(lái)調整，但不如直接采用單燈器件形式直觀(guān)。采用單燈器件形式進(jìn)行壽命試驗，造成器件的光衰老化的因素復雜，可能有芯片的因素，也有封裝的因素。在試驗過(guò)程中，采取多種措施，降低封裝的因素的影響，對可能影響壽命試驗結果準確性的細節，逐一進(jìn)行改善，保證了壽命試驗結果的客觀(guān)性和準確性。

樣品抽取方式
    壽命試驗只能采用抽樣試驗的*估辦法，具有一定的風(fēng)險性。首先，產(chǎn)品質(zhì)量具備一定程度的均勻性和穩定性是抽樣*估的前提，只有認為產(chǎn)品質(zhì)量是均勻的，抽樣才具有代表性；其次，由于實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量上存在一定的離散性，我們采取分區隨機抽樣的辦法，以提高壽命試驗結果準確性。我們通過(guò)查找相關(guān)資料和進(jìn)行大量的對比試驗，提出了較為科學(xué)的樣品抽取方式：將芯片按其在外延片的位置分為四區，分區情況參見(jiàn)圖一所示，每區2～3粒芯片，共8～10粒芯片，對于不同器件壽命試驗結果相差懸殊，甚至矛盾的情況，我們規定了加嚴壽命試驗的辦法，即每區4～6粒芯片，共16～20粒芯片，按正常條件進(jìn)行壽命試驗，只是數量加嚴，而不是試驗條件加嚴；第三，一般地說(shuō)，抽樣數量越多，風(fēng)險性越小，壽命試驗結果的結果越準確，但是，抽樣數量越多抽樣數量過(guò)多，必然造**力、物力和時(shí)間的浪費，試驗成本上升。如何處理風(fēng)險和成本的關(guān)系，一直是我們研究的內容，我們的目標是通過(guò)采取科學(xué)的抽樣方法，在同一試驗成本下，使風(fēng)險性下降到最低。

光電參數測試方法與器件配光曲線(xiàn)
    在LED壽命試驗中，先對試驗樣品進(jìn)行光電參數測試篩選，淘汰光電參數超規或異常的器件，合格者進(jìn)行逐一編號并投入壽命試驗，完成連續試驗后進(jìn)行復測，以獲得壽命試驗結果。為了使壽命試驗結果客觀(guān)、準確，除做好測試儀器的計量外，還規定原則上試驗前后所采用的是同一臺測試儀測試，以減少不必要的誤差因素，這一點(diǎn)對光參數尤為重要；初期我們采用測量器件光強的變化來(lái)判斷光衰狀況，一般測試器件的軸向光強，對于配光曲線(xiàn)半角較小的器件，光強值的大小隨幾何位置而急劇變化，測量重復性差，影響壽命試驗結果的客觀(guān)性和準確性，為了避免出現這種情況，采用大角度的封裝形式，并選用無(wú)反射杯支架，排除反射杯配光作用，消除器件封裝形式配光性能的影響，提高光參數測試的精確度，后續通過(guò)采用光通量測量得到驗證。

樹(shù)脂劣變對壽命試驗的影響
    現有的環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料受紫外線(xiàn)照射后透明度降低，是高分子材料的光老化，是紫外線(xiàn)和氧參與下的一系列復雜反應的結果，一般認為是光引發(fā)的自動(dòng)氧化過(guò)程。樹(shù)脂劣變對壽命試驗結果的影響，主要體現1000小時(shí)或以上長(cháng)期壽命試驗，目前只能通過(guò)盡可能減少紫外線(xiàn)的照射，來(lái)提高壽命試驗結果的果客觀(guān)性和準確性。今后還可通過(guò)選擇封裝材料，或者檢定出環(huán)氧樹(shù)脂的光衰值，并將其從壽命試驗中排除。

封裝工藝對壽命試驗的影響
    封裝工藝對壽命試驗影響較大，雖然采用透明樹(shù)脂封裝，可用顯微鏡直接觀(guān)察到內部固晶、鍵合等情況，以便進(jìn)行失效分析，但是并不是所有的封裝工藝缺陷都能觀(guān)察到，例如：鍵合焊點(diǎn)質(zhì)量與工藝條件是溫度和壓力關(guān)系密切，而溫度過(guò)高、壓力太大則會(huì )使芯片發(fā)生形變產(chǎn)生應力，從而引進(jìn)位錯，甚至出現暗裂，影響發(fā)光效率和壽命。引線(xiàn)鍵合、樹(shù)脂封裝引人的應力變化，如散熱、膨脹系數等都是影響壽命試驗的重要因素，其壽命試驗結果較裸晶壽命試驗差，但是對于目前小功率芯片，加大了考核的質(zhì)量范圍，壽命試驗結果更加接近實(shí)際使用情況，對生產(chǎn)控制有一定參考價(jià)值。

壽命試驗臺的設計
    壽命試驗臺由壽命試驗單元板、臺架和專(zhuān)用電源設備組成，可同時(shí)進(jìn)行550組(4400只)LED壽命試驗。

　　根據壽命試驗條件的要求，LED可采用并聯(lián)和串聯(lián)兩種連接驅動(dòng)形式。并聯(lián)連接形式：即將多個(gè)LED的正極與正極、負極與負極并聯(lián)連接，其特點(diǎn)是每個(gè)LED的工作電壓一樣，總電流為ΣIfn，為了實(shí)現每個(gè)LED的工作電流If一致，要求每個(gè)LED的正向電壓也要一致。但是，器件之間特性參數存在一定差別，且LED的正向電壓Vf隨溫度上升而下降，不同LED可能因為散熱條件差別，而引發(fā)工作電流If的差別，散熱條件較差的LED，溫升較大，正向電壓Vf下降也較大，造成工作電流If上升。雖然可以通過(guò)加入串聯(lián)電阻限流減輕上述現象，但存在線(xiàn)路復雜、工作電流If差別較大、不能適用不同VF的LED等缺點(diǎn)，因此不宜采用并聯(lián)連接驅動(dòng)形式。

    串聯(lián)連接形式：即將多個(gè)LED的正極對負極連接成串，其優(yōu)點(diǎn)通過(guò)每個(gè)LED的工作電流一樣，一般應串入限流電阻R，如圖二為單串電路，當出現一個(gè)LED開(kāi)路時(shí)，將導致這串8個(gè)LED熄滅，從原理上LED芯片開(kāi)路的可能性極小。我們認為壽命試驗的LED，以恒流驅動(dòng)和串聯(lián)連接的工作方式為佳。采用常見(jiàn)78系列電源電路IC構成的LED恒流驅動(dòng)線(xiàn)路，其特點(diǎn)是成本低、結構簡(jiǎn)單、可靠性高；通過(guò)調整電位器阻值，即可方便調整恒流電流；適用電源電壓范圍大，驅動(dòng)電流較精確穩定，電源電壓變化影響較小。我們以圖二電路為基本路線(xiàn)，并聯(lián)構成壽命試驗單元板，每一單元板可同時(shí)進(jìn)行11組(88只)LED壽命試驗。

　　臺架為一般標準組合式貨架，經(jīng)過(guò)合理布線(xiàn)，使每一單元板可容易加載和卸載，實(shí)現在線(xiàn)操作。專(zhuān)用電源設備，輸出為5路直流36V安全電壓，負載能力為5A，其中2路具有微電腦定時(shí)控制功能，可自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，5路輸入、輸出分別指示，圖三為壽命試驗臺系統接線(xiàn)圖。

　本壽命試驗臺設計方案的優(yōu)點(diǎn)：
    [1]。壽命試驗電流準確、可調、恒定；
    [2]。具有微電腦定時(shí)控制功能，可自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉；
    [3]?？赏瑫r(shí)適用不同VF的LED，而不必另外調整；
    [4]。采用單元組合結構，可隨時(shí)增加壽命試驗單元，實(shí)現在線(xiàn)操作；
    [5]。采用低壓供電，保障安全性能。