分析如何科学的进行LED芯片寿命试验


     
     1、引言
     作为电子元器件,发光二极管已出现40多年,但长久以来,受到发光效率和亮度的限制,仅为指示灯所采用,直到上世纪末突破了技术瓶颈,生产出高亮度高效率的 LED和兰光LED,使其应用范围扩展到信号灯、城市夜景工程、全彩屏等,提供了作为照明光源的可能性。随着LED应用范围的加大,提高LED可靠性具有更加重要的意义。LED具有高可靠性和长寿命的优点,在实际生产研发过程中,需要通过寿命试验对LED芯片的可靠性水平进行评价,并通过质量反馈来提高 LED芯片的可靠性水平,以保证LED芯片质量,为此在实现全色系LED产业化的同时,开发了LED芯片寿命试验的条件、方法、手段和装置等,以提高寿命试验的科学性和结果的准确性。
     2、寿命试验条件的确定
     电子产品在规定的工作及环境条件下,进行的工作试验称为寿命试验,又称耐久性试验。随着LED生产技术水平的提高,产品的寿命和可靠性大为改观,LED的理论寿命为10万小时,如果仍采用常规的正常额定应力下的寿命试验,很难对产品的寿命和可靠性做出较为客观的评价,而我们试验的主要目的是,通过寿命试验掌握LED芯片光输出衰减状况,进而推断其寿命。根据LED器件的特点,经过对比试验和统计分析,最终规定了0.3×0.3mm2以下芯片的寿命试验条件:
     1、样品随机抽取,数量为810粒芯片,制成ф5单灯;
     2、工作电流为30mA;
     3、环境条件为室温;
     4、试验周期为96小时、1000小时和5000小时三种;
     工作电流为30mA是额定值的1.5倍,是加大电应力的寿命试验,其结果虽然不能代表真实的寿命情况,但是有很大的参考价值;寿命试验以外延片生产批为母样,随机抽取其中一片外延片中的810粒芯片,封装成ф5单灯器件,进行为96小时寿命试验,其结果代表本生产批的所有外延片。一般认为,试验周期为 1000小时或以上的称为长期寿命试验。生产工艺稳定时,1000小时的寿命试验频次较低,5000小时的寿命试验频次可更低。
     3、过程与注意事项
     对于LED芯片寿命试验样本,可以采用芯片,一般称为裸晶,也可以采用经过封装后的器件。采用裸晶形式,外界应力较小,容易散热,因此光衰小、寿命长,与实际应用情况差距较大,虽然可通过加大电流来调整,但不如直接采用单灯器件形式直观。采用单灯器件形式进行寿命试验,造成器件的光衰老化的因素复杂,可能有芯片的因素,也有封装的因素。在试验过程中,采取多种措施,降低封装的因素的影响,对可能影响寿命试验结果准确性的细节,逐一进行改善,保证了寿命试验结果的客观性和准确性。
     3.1样品抽取方式
     寿命试验只能采用抽样试验的评估办法,具有一定的风险性。首先,产品质量具备一定程度的均匀性和稳定性是抽样评估的前提,只有认为产品质量是均匀的,抽样才具有代表性;其次,由于实际产品质量上存在一定的离散性,我们采取分区随机抽样的办法,以提高寿命试验结果准确性。我们通过查找相关资料和进行大量的对比试验,提出了较为科学的样品抽取方式:将芯片按其在外延片的位置分为四区,分区情况参见图一所示,每区23粒芯片,共810粒芯片,对于不同器件寿命试验结果相差悬殊,甚至矛盾的情况,我们规定了加严寿命试验的办法,即每区46粒芯片,共1620粒芯片,按正常条件进行寿命试验,只是数量加严,而不是试验条件加严;第三,一般地说,抽样数量越多,风险性越小,寿命试验结果的结果越准确,但是,抽样数量越多抽样数量过多,必然造成人力、物力和时间的浪费,试验成本上升。如何处理风险和成本的关系,一直是我们研究的内容,我们的目标是通过采取科学的抽样方法,在同一试验成本下,使风险性下降到最低。
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