LED產(chǎn)品可靠性試驗與應(yīng)用

1、LED產(chǎn)品可靠性試驗與應(yīng)用    摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：ButteLED零件結(jié)構(gòu)可概分為表面黏著型（SMD）與插件型（DIP）兩大類別。LED零件與一般IC

2、封裝所使用材料不同，但結(jié)構(gòu)相近且較簡易。LED零件的主要可靠性試驗可分為：可靠性試驗預(yù)處理流程、環(huán)境壽命試驗、焊錫性、耐熱性、靜電（ESD）等項目，并于試驗前后以光學(xué)特性量測計算其光學(xué)特性衰退情形做為判斷基準(zhǔn)。依使用環(huán)境與區(qū)域不同，得以選擇適當(dāng)?shù)脑囼烅椖窟M(jìn)行驗證?？煽啃栽囼烆A(yù)處理流程（Pre-conditioning）預(yù)處理流程適用于SMD型LED，其目的系仿真LED零件在系統(tǒng)廠組裝過程，并且使用較嚴(yán)苛條件，迫使零件吸濕后進(jìn)行熱應(yīng)力試驗，是執(zhí)行LED零件可靠性試驗的標(biāo)準(zhǔn)前處理作業(yè)流程。5cycle溫度循環(huán)試驗（圖一）目的是模擬使用前包括運輸或篩選任何可能的早夭風(fēng)險，經(jīng)過高溫烘烤后（Baking

3、）再將零件置入濕氣環(huán)境中，一般吸濕條件對SMD型LED來說通常采用Level 3做為驗證標(biāo)準(zhǔn)，對戶外使用與高可靠性需求的LED零件則采Level 1做為驗證標(biāo)準(zhǔn)。說明如圖一所示。圖一SMD零件預(yù)處理流程 環(huán)境壽命試驗（Environmental Life Test）環(huán)境壽命試驗是LED零件可靠性試驗的主要項目。透過溫度、濕度、電流等組合進(jìn)行產(chǎn)品壽命加速失效仿真，常用項目與原理如下：高溫點亮壽命試驗（HTOL）由于LED散熱問題，零件本身的長時間高溫點亮即是采加速應(yīng)力模式以仿真實際使用情形，并觀察其亮度衰減率以估算產(chǎn)品壽命值。高溫壽命加速試驗是最典型的壽命實證方法之，以阿瑞尼亞士方程式

4、（Arrhenius Law）來估算產(chǎn)品活化能以計算高溫加速因子。下述為阿瑞尼亞士方程式的基本型，圖二則為活化能 Ea的推估方法。公式一 阿瑞尼亞士方程式 溫度循環(huán)試驗是對于經(jīng)常性開關(guān)機(jī)或環(huán)境日夜溫度變化大的場所（特別是戶外使用的產(chǎn)品）所進(jìn)行的高溫與低溫循環(huán)加速型試驗，目的是利用零件材料熱膨脹系數(shù)不匹配，對零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞效應(yīng)。另可使用溫度循環(huán)通電試驗（PTC），屬于動態(tài)仿真，除了溫度變化應(yīng)力外還加入的電源點滅因子，對LED零件的可靠性驗證效益頗大，但執(zhí)行試驗時須設(shè)計測試電路板。圖二活化能估算圖溫度循環(huán)試驗（TCT）耐濕性循環(huán)通電試驗（Moisture Resistance Tes

5、t）多數(shù)LED產(chǎn)品的零件為外露設(shè)計，須直接承受外部溫、濕影響，尤其是對使用于濕熱帶區(qū)域環(huán)境因為零件材料吸收水氣與水氣凝結(jié)等效應(yīng)，在長期使用下造成零件腐蝕損壞。溫濕度循環(huán)試驗可加速氧化腐蝕風(fēng)險評估，常用試驗曲線如圖三。圖三耐濕試驗溫濕循環(huán)曲線穩(wěn)態(tài)溫濕偏壓試驗（THB）不同于耐濕性循環(huán)通電試驗，此試驗所提供的是一個穩(wěn)態(tài)測試環(huán)境，對于SMD零件較適用，透過提供高溫高濕與偏壓，以加速使得水氣經(jīng)由保護(hù)外層或結(jié)合接口穿透滲入零件內(nèi)部，此試驗屬于較緩和的長期老化試驗。耐熱性試驗（Heat Resistance Test）LED DIP構(gòu)裝在市場上仍占有一定比例，且多為價格昂貴的高功率產(chǎn)品，系統(tǒng)組裝多采波焊（

6、Wave Soldering）作業(yè)，故此類零件不能套用SMD型組件的預(yù)處理流程驗證，而是使用浸錫法（Solder Dip）260±5沉浸10秒鐘，以仿真波焊過程中零件與焊錫瞬間接觸所產(chǎn)生的熱沖擊的忍受力。焊錫性試驗（Solderability Test）焊錫性試驗有數(shù)種手法，需依照LED零件的構(gòu)裝方式選定。焊錫性試驗除可確保零件焊接點鍍層質(zhì)量，也可保證在成品組裝過程中的焊點結(jié)合質(zhì)量。此外，沾錫天平（Wetting Balance）則可用來評估零件腳與錫的潤濕反應(yīng)速度，以評估使用的風(fēng)險或做為組裝條件修正的操考。典型的沾錫天平圖如圖四所示，判定重點為t1與t2兩個時間點。圖四沾錫天平曲線

7、圖靜電試驗（ESD Test）LED屬于靜電敏感零件，試驗以人體靜電模式（Human Body Mode；HBM）和零件本體累積電荷放電模式（charge device mode；CDM）為主。試驗前須先將LED焊接于測試公用板上，再轉(zhuǎn)接于靜電測試機(jī)臺為常用之測試模式（如圖五），目前LED廠均以8KV為挑戰(zhàn)目標(biāo)。圖五LED ESD能力測試示意圖LED成品可靠性試驗LED到了系統(tǒng)成品端（如照明燈具），由于成品較單一LED零件來的復(fù)雜（包含零件、電路控制板、電源供應(yīng)器、焊點接合、機(jī)械結(jié)構(gòu)組成等），影響LED成品的可靠性因素也因此大幅增加，為了確保燈具在生命周期中的質(zhì)量與可靠性，采用整座燈具去執(zhí)行環(huán)境模擬與可靠性試驗是極重要的一件事。在試驗過程中所觀察重點不僅局限于LED零件上，而是對燈具進(jìn)行整體性評估，環(huán)境應(yīng)力種類包括高低溫、溫濕度、溫度沖擊、溫度循環(huán)、高地使用、日照、鹽霧、氣體腐蝕、灰塵、雨淋、霜/雪/冰雹、靜電、雷擊、電源干擾、電源變動、電磁輻射干擾與安全性試驗等。試驗一般分成三大類來說明。自然環(huán)境類試驗（Climatic Test）一般而言，溫度試驗分為高溫（熱）及低溫（冷）試驗，燈具成品在進(jìn)行高低溫試驗時搭配熱開機(jī)（Hot start）與冷開機(jī)