作為電子元器件,發光二極管已出現40多年,但長久以來,受到發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瓶頸,生產出高亮度高效率的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具有高可靠性和長壽命的優點,在實際生產研發過程中,需要通過壽命試驗對LED芯片的可靠性水平進行*價,并通過質量反饋來提高LED芯片的可靠性水平,以保證LED芯片質量,為此在實現全色系LED產業化的同時,開發了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
電子產品在規定的工作及環境條件下,進行的工作試驗稱為壽命試驗,又稱耐久性試驗。隨著LED生產技術水平的提高,產品的壽命和可靠性大為改觀,LED的理論壽命為10萬小時,如果仍采用常規的正常額定應力下的壽命試驗,很難對產品的壽命和可靠性做出較為客觀的*價,而我們試驗的主要目的是,通過壽命試驗掌握LED芯片光輸出衰減狀況,進而推斷其壽命。根據LED器件的特點,經過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].環境條件為室溫(25℃±5℃);
[4].試驗周期為96小時、1000小時和5000小時三種;
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的壽命情況,但是有很大的參考價值;壽命試驗以外延片生產批為母樣,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,進行為96小時壽命試驗,其結果代表本生產批的所有外延片。一般認為,試驗周期為1000小時或以上的稱為長期壽命試驗。生產工藝穩定時,1000小時的壽命試驗頻次較低,5000小時的壽命試驗頻次可更低。
過程與注意事項
對于LED芯片壽命試驗樣本,可以采用芯片,一般稱為裸晶,也可以采用經過封裝后的器件。采用裸晶形式,外界應力較小,容易散熱,因此光衰小、壽命長,與實際應用情況差距較大,雖然可通過加大電流來調整,但不如直接采用單燈器件形式直觀。采用單燈器件形式進行壽命試驗,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,逐一進行改善,保證了壽命試驗結果的客觀性和準確性。
樣品抽取方式
壽命試驗只能采用抽樣試驗的*估辦法,具有一定的風險性。首先,產品質量具備一定程度的均勻性和穩定性是抽樣*估的前提,只有認為產品質量是均勻的,抽樣才具有代表性;其次,由于實際產品質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。我們通過查找相關資料和進行大量的對比試驗,提出了較為科學的樣品抽取方式: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,抽樣數量越多,風險性越小,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多,必然造**力、物力和時間的浪費,試驗成本上升。如何處理風險和成本的關系,一直是我們研究的內容,我們的目標是通過采取科學的抽樣方法,在同一試驗成本下,使風險性下降到最低。