LED灯珠的寿命检测方法

OFweek半导体照明网讯 LED光源的最大特点就是寿命长，可达到50000~100000小时，长时间的监测其光衰情况是不实际的，因此，本标准将通过一种加速寿命试验的方法来预测LED照明灯具的寿命。

适用范围

本标准适用于各类LED照明灯具的寿命测试，不包含灯具的电源部分的测试。

技术要求

把LED灯具的光输出为初始光输出的70%作为寿命判断失效的指标。

试验方法一

结温是影响LED光衰减的重要原因。结温的升高会使LED光衰很快。LED在高电流下工作会产生更多得热量，从而加速老化。

本试验方法采用不同的驱动电流，选取5只LED灯具，在25℃环境温度下，用不同电流进行加速寿命试验，得出光输出衰减的数学模型。

数学模型

y=exp(-αt)

α=m×exp(nI)

其中y表示相对光输出，α表示衰减常数，t为点灯时间，m、n为常数，I为测试电流。

根据不同电流下的得到的关于y和t的测试数据，最终得出关于不同灯具的衰减系数α，从而得出光通维持率在70%的寿命值t70%

试验方法二

采用温度作为恒定的加速应力，推算出在25℃下LED灯具失效判据70%时的期望寿命。

选取5个相同规格的LED灯具，调节烘箱的温度，分别在50℃、80℃、100℃、120℃、150℃ 条件下，在额定电流、恒流条件作为恒定加速的条件。

记录5组LED可靠性试验过程的所有参数：光输出(照度或光强或光通量)、试验时间、电流、功率、结温等。

采用阿仑尼斯数学模型

P=P0exp(-βt)

β=β0IFexp(-Ea/kTj)

其中P0为初始光输出，P为加温加电t时间后的光输出，β为某一温度下的衰减系数，t为某一温度下的加电工作时间，β0为常数，Ea为激活能，k为波尔兹曼常数，IF为工作电流，Tj为结温。

经过公式变换和试验数据得出

Ea=[K×In(t2/t1)]/(1/Tj2-1/Tj1)

t2=t1×exp[Ea/K(1/Tj2-1/Tj1)

从而得出25℃下失效判断为70%的预期寿命。

1 引言 高可靠半导体器件在降额条件（Tj＝100℃）下的现场使用失效率可以小于10－8／h，即小于10FIT，按照偶然失效期的指数分布推算，其平均寿命 MTTF大于108h，即大于10000年。据文献报导，电子元器件的贮存失效率比工作失效率还要小 一个数量级

4.2 特军级晶体管

JTX2N2405为硅npn开关晶体管， PCM为1W，TO-39封装，生产日期为1974年，已经贮存了32年。特军级晶体管的质量等级高于普军级（JAN），该批器件数量较大，共206支，管芯的图形较大，ICM为1A，内引线用金丝，在管芯处为球焊键合，为70年代的典型键合工艺。在贮存期间，对电参数进行过多次检测，全部符合规范要求，仅有1支管子，小电流hFE （1mA处）有退化迹象。管子的外引线镀金层质量良好，没有锈蚀现象，任抽10支样管做可焊性试验，全部合格，气密性经检测漏率小于10?9Pam3／s。

4.3 早期的宇航级晶体管

JANS2N2222A为硅小功率开关晶体管，TO-18封装，相当于国产管3DK3，该批产品共5支，生产日期为1971年，已经贮存了35年，是美国TI公司早期生产的宇航级晶体管。经电参数检测，全部符合规范要求，hFE在微电流下也没有退化。

该管内引线采用当时典型的金丝球焊工艺，经过DPA检测，内引线键合拉力为2.9～6.5g，芯片剪切力为1.98kg。由于金丝和铝膜的键合在高温下会产生多种金铝化合物，严重时会产生开路失效，因此TI公司在80年代生产的宇航级晶体管2N2219中内引线使用铝丝超声键合工艺，消除了金铝化合物的失效模式。从DPA的数据来看，金丝球焊的键合拉力在贮存35年后，确有退化，2.9g数据为键合点脱开，6.5g为金丝拉断。该批器件的气密性良好，经检测漏率为10-9Pam3／s范围。

4.4 国产晶体管长期储存实例

国家半导体器件质量监督检验中心从1984年起对各种国产高频小功率晶体管进行了许可证确认试验，当时每个品种从工厂抽样150支，用60支分别进行高温储存、工作寿命和环境试验，其余留作仲裁用。全部样品在Ⅰ类贮存条件的试验室保存了20多年，从2006年开始进行了长期贮存器件可靠性研究，现报道其中一例。

3DG79晶体管为中放AGC专用管，生产时间为1983年，对库存100多支样管进行了常温电参数测试，全部符合规范要求，对其中5支标样进行了对比测试，发现hFE在贮存20年后平均下降了16％ （年下降率0.8％），说明存在hFE退化机理，但未超出寿命试验失效判据（30％）。

5 结论

高可靠半导体器件的贮存寿命极长，对于气密性良好的金属或陶瓷封装器件，如果内部水汽含量小于5000×10-6，外引线镀层质量良好，在Ⅰ类条件的贮存期限可达到25年，甚至更长。

我国航天部门制订的超期复验标准中对于有效贮存期订的过严，建议参考俄罗斯标准作必要的修订，作为过渡方案，可以将半导体器件的有效贮存期先放宽到5年，这在某重点工程中已证明是可行的。

国内有关部门应加强电子元器件贮存可靠性及评估技术研究，制定相应统一的标准规范。

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