DB13T 1323-2010 LED加速寿命试验方法

ICS13.020.60L04DB13河北省地方标准DB13/T1323—2010LED加速寿命试验方法LED’sacceleratedlifetestmethod2010-12-10发布2010-12-15实施河北省质量技术监督局发布DB13/T1323—2010I前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由石家庄市质量技术监督局提出。本标准起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所、国家半导体器件质量监督检验中心、石家庄市森田电子通信有限公司。本标准主要起草人：崔波、张万生、赵敏、徐立生、张宏繁。DB13/T1323—20101LED加速寿命试验方法1范围本标准规定了LED加速寿命试验的定义、试验准备、试验步骤、试验数据的处理、结果的计算。本标准适用于各种可见和非可见单色光LED器件产品光输出功率缓慢退化失效模式的LED加速寿命试验。对于不考虑色温漂移的白光LED器件产品，可以参照本标准。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2689.1－1981恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则GB/T2689.2－1981寿命试验和加速寿命的图估法（用于威布尔分布）SJ/T11394-2009半导体发光二极管测试方法3定义下列术语和定义适用于本标准。3.1LED产品寿命lifetimeofLEDproductLED产品寿命是在规定的工作电流和环境温度下，光通量（或光功率）下降到初始值50％或70％时的工作时间。注：它是一个统计数值，在掌握了一批产品的统计规律后，可以得到其中某一个产品寿命小于某一数值的概率，或产品的寿命在某一范围之内的概率。3.2平均寿命averagelifetime平均寿命是LED产品寿命的平均值，对于不可维修的（LED）产品，常用“失效前的平均工作时间”（MTTF）来表示，其意义是LED产品失效前的工作时间的平均值（数学期望值）。4试验准备4.1测试仪器和设备测试仪器和设备主要有：LED色、光、电测试系统、热阻测试仪、烘箱或可实时监控测量的LED加速寿命试验系统。4.2样品DB13/T1323—201024.2.1抽样样品试验前必须经过老化以剔除早期失效。针对某一型号的产品，从经过老化筛选和质量一致性检验合格的母体中一次随机抽取试验样品。4.2.2样品数量恒定应力加速寿命试验，是由若干个寿命试验组组成的，各个寿命试验组都有一定数量的试验样品，加速寿命试验所需的样品数量是各个寿命试验组的样品数之和。若加速应力水平选取i个温度应力T1、T2……Ti,则有i个寿命试验组，所需样品总数按式（1）计算：n=n1+n2+……+ni………………………………………………（1）式中：n——加速寿命试验所需样品总数；n1————温度应力Ti的试验组所需的试验样品数；n2————温度应力T2的试验组所需的试验样品数；ni————温度应力Ti的试验组所需的试验样品数。每组试验的样品数ni可以相等，也可不相等。对于各组试验样品不相等的加速试验，一般低应力组的试验样品数应高于高应力组的试验样品数。一般每个应力水平下的样品数量：小功率LED产品不少于10只(ni≥10)，功率型LED产品不少于5只(ni≥5)。样品数越多，得到的试验结果越接近实际寿命值。4.3温度应力4.3.1温度应力的确定一个完整的加速寿命其结温应力Tj,i的数目应不少于3个（i≥3）。采用同一型号的产品，从经过老化筛选和质量一致性检验合格的母体中一次随机抽取试验样品，数量不少于5只。可采用步进应力或恒定应力进行摸底试验。从接近该产品技术标准规定额定值的温度应力开始，逐步提高温度应力或按温度应力分组，来确定最高温度应力和最低温度应力水平。最高和最低温度应力水平因LED种类而异，为缩短试验时间,温度应力应尽量高些，但最高应力水平不得大于该产品的结构材料、制造工艺所能承受的极限应力，以免带进新的失效机理。4.3.2温度应力间隔的确定当温度应力多于3个时，最低温度应力T1和最高温度应力Ti之间插入的温度应力T2、T3…应适当分散，为保证试验的准确性，须选择合适的中间温度应力间隔。可参照GB/T2689.1－1981中4.3的公式选取。1/T2=1/T1-Δ；1/T3=1/T1-2Δ………………………………(2)式中：Δ=（1/T1-1/Tk）/(k-1)，k为温度应力水平的个数。DB13/T1323—201034.4测量参数4.4.1应测量的参数应测量的主要参数为光通量（或光功率），其它参数为热阻、正向电压。测量方法及要求应符合SJ/T11394-2009中的相关规定。经过加速应力的试验样品在测试前，应在正常的大气条件下恢复2小时～4小时。对于实时监控的自动测量系统，应事先对每个参试的器件测定光功率的温度系数，以便给出室温下的数据处理结果。为保证测量的重复性，应使LED环境温度恒定在室温（25±2℃）下进行测量。4.4.2测试间隔测试间隔时间的长短与施加应力的大小有关，在没有自动记录的试验中，具体产品测试间隔时间的选择，可通过摸底试验来确定。施加应力小，则测试间隔长；施加应力大，则测试间隔短。每个结温应力水平下的样品参数测试不得少于5次，给出的相应测试点数m不应少于5个（m≥5）。4.5试验截止和样品失效4.5.1截止时间的确定试验截止时间的长短必须保证LED的初始光通量（或光功率）产生足够的退化，为减少试验数据的误差，在单只样品的多个测试数据中，测试的第一个数据点的退化量应大于仪器误差。用单只样品的多个测试数据点在概率纸上描点划线或运用计算机进行线性拟合，选取偏离直线最小且光输出衰减较大的试验数据点，该测试数据点的累计工作时间即为试验截止时间。4.5.2样品失效数一般情况下,每组试验的失效数r应≥30％ni；当样品数量少于13时，失效数应不少于4。非产品本身的原因所造成的失效样品，不应计入投试样品数ni内。5试验步骤5.1器件老化对检验批的器件进行老化，老化条件由试验厂家规定。5.2摸底试验采用分组恒定应力或步进应力的方法确定试验温度的最低值和最高值并计算温度应力间隔。5.3分组按4.2.1抽样，按4.3确定应力间隔并分组。5.4初始测试按4.4.1进行初测。5.5中间测试按设定的时间间隔进行测试。对于实时监控的试验系统，可预先设定测试间隔时间，获取试验数据。5.6加电试验将每个分组的样品同时施加规定的温度、电压和电流，使LED器件处于正常发光工作状态。DB13/T1323—201046试验数据的处理6.1功率（光通量、光功率）当LED器件产品处于缓慢退化的模式时，输出功率随工作时间的变化用指数函数表示为Pt=P0exp(-βt)………………………………………………（3）式中:P0——初始光通量(或光功率)；Pt－－加温加电后对应某一工作时间的光通量（或光功率）；β――某一结温下的退化系数；t――某一结温下的工作时间。退化系数与温度应力结温之间的关系可用阿仑尼斯（Arrhenius）方程即公式（4）表示为：β=IFβ0exp(-Ea/KTj)………………………………………………（4）式中：IF――工作电流；β0――常数；Ea――激活能；K――波耳兹曼常数(8.62×10-5eV)；Tj――结温（绝对温度）。6.2失效判据根据不同应用要求，若Pt/P0=C，则取C＝50％或C＝70％作为失效判据。在试验中也可根据具体情况，将C取为大于70％的加严值，其平均寿命用Lc表示。6.3结温小功率LED器件产品结温可按公式（5）求得：Tj=Ta+VFIFRj-a………………………………………………（5）功率型LED器件产品的结温可按公式（6）求得：Tj=Ta+（VFIF－Pφ）(Rj-c+Rc-h+Rh-a)…………………………（6）式中:Ta――环境温度（烘箱温度为环境温度）；VF――正向电压；Pφ――输出光功率，较小时可以忽略不计；Rj-c――结到壳的热阻；Rc-h――壳到热沉的热阻，当Rc-h在最佳情况下，计算时可以忽略不计；Rh-a――热沉到环境的热阻，其数值与热沉的材质、形状、尺寸、安装方向有关。DB13/T1323—20105根据热阻、正向电压、正向电流和环境温度由公式（5）或（6）求出结温Tj,i及其相关试验数据。6.4不同试验温度下的加速试验寿命通过公式（3）和不同加速环境温度Ta,i下的试验数据(Pt,i、ti)，代入失效判据数值C，可以导出该试验环境温度下的加速平均寿命Lc,i。c,iit,i0,ilnCL=tlnPP………………………………………………（7）式中：i－－不同的试验环境温度的应力水平，可取为1、2、…r；通过公式（7）计算某一应力温度下的加速寿命时，可有以下2种方式：a）若光功率的初始值一直下降，如图1所示，则加速寿命为Lc,i＝T，则可直接用公式（7）求得。图1某一结温下光功率的初始值一直处于下降时的加速寿命示意图b）若光功率出现先上升再下降的情况，如图2所示，则加速寿命为Lc,i＝T1＋（T2－T1）＝T2………………………………………………（8）其中光功率下降到初始值P0的试验时间为T1，用公式（7）求得的寿命为T2－T1，再由公式（8）得到试验寿命Lc,i。DB13/T1323—20106图2某一结温下光功率出现先上升再下降时的加速寿命示意图6.5激活能通过公式（3）、（4）、（5）或（6）、（7）求出激活能Eac,(i1)ac,ij,(i-1)j,iL11E=KlnLTT－－…………………………………………（9）式中：Tj,(i-1)、Tj,i----不同试验环境温度下的结温。根据公式（9），用不同结温Tj,i下的加速试验寿命Lc,i分别计算激活能Ea。7结果的计算正常工作环境温度(Ta＝25℃)下的平均寿命Lc,0可通过公式（3）、（4）、（5）或（6）、（7）求得ac0c,ij0j,iE11L=Lexp()KTT，，－………………………………………………（10）式中：Lc,0为工作环境温度（25℃）下的平均工作寿命；Tj,0为工作环境温度下的结温。根据公式（10）计算正常工作环境温度（25℃）或其它工作环境温度下的平均工作寿命L0.5或L0.7。其失效判据为50％或70％。_________________________________