LED照明产品的可靠性设计

1、0工业和信息化部电子第五研究所工业和信息化部电子第五研究所中中 国国 赛赛 宝宝 实实 验验 室室 5.LED照明可靠性的发展趋势分析照明可靠性的发展趋势分析开展以可靠性为中心的质量提升工程开展以可靠性为中心的质量提升工程 3.系统可靠性对系统可靠性对LED照明产品发展的作用照明产品发展的作用LED照明产品的构成及可靠性现状照明产品的构成及可靠性现状主主要要内内容容质量与可靠性 一旦产品制造成功后一旦产品制造成功后, 传统质量保障功能就完成传统质量保障功能就完成 (尽管可能还会寻求持续改进等等) 可靠性可靠性: 更关注更关注 “下一步会发生什么下一步会发生什么”三包期限内产品的故障率？返修率（

2、失效率）是否接收？哪些改变能提高产品的可靠性？（设计制造安装运行维护等等） 可靠性的时机可靠性的时机简单的问题：质量控制解决复杂的问题：可靠性工程复杂的问题：可靠性工程质量工程和可靠性工程： 关注的焦点引入我们的话题 规定的条件 亦即使用条件或环境条件亦即使用条件或环境条件 规定的期间 亦即产品寿命亦即产品寿命 规定的性能/功能 性能或故障的定义性能或故障的定义 5.LED照明可靠性的发展趋势分析照明可靠性的发展趋势分析开展以可靠性为中心的质量提升工程开展以可靠性为中心的质量提升工程 3.系统可靠性对系统可靠性对LED照明产品发展的作用照明产品发展的作用LED照明产品的构成及可靠性现状照明产品

3、的构成及可靠性现状主主要要内内容容2.1 LED照明产品的构成照明产品的构成未来的LED照明，将更加的丰富多彩和超越想象第二层第二层 控制系统控制系统第一层第一层 驱动电源驱动电源2.2 LED照明产品可靠性现状照明产品可靠性现状1) 总的说来不容乐观总的说来不容乐观LED照明产品的核心产品，如驱动电源、光源模组等产品可靠性不受关注1）国家也没有强制2）对于可靠性的认知存在误区POF？SR？3）多数没有进行切实有效的可靠性评价 如规定LED寿命为30000h。 看似看似6 6年（假定商业照明的平均极限：年（假定商业照明的平均极限：12h/d12h/d），能满足），能满足需要吗？需要吗？ 据此要

4、求计算（按指数分布计算），据此要求计算（按指数分布计算）， 1) 使用使用1年：将有约年：将有约10的产品失效的产品失效 2) 使用使用3年，累积失效约年，累积失效约30% 3) 年平均故障率约为年平均故障率约为10.5%/年，年， 6年的时候，将会累积有年的时候，将会累积有63.2的产品失效！的产品失效！ 4) 迫切需要有可靠性指标的产品寿命，而不是迫切需要有可靠性指标的产品寿命，而不是MTBF ！2) 可靠性的认知误区可靠性的认知误区LED产品寿命的解读产品寿命的解读 正确的认识和理解产品的寿命(MTBF/MTTF)有可靠度指标的产品寿命，更加有意义！3) 从设计导向看从设计导向看 大部分

5、企业注重功能和外形的设计，大部分企业注重功能和外形的设计， 忽视可靠性、环境适应性的设计忽视可靠性、环境适应性的设计。 大部分考核仅对性能和安全性进行大部分考核仅对性能和安全性进行 对可靠性和环境适应性要求不高。对可靠性和环境适应性要求不高。 习惯于出现故障后维修习惯于出现故障后维修 大量的维修队伍大量的维修队伍 5.LED照明可靠性的发展趋势分析照明可靠性的发展趋势分析开展以可靠性为中心的质量提升工程开展以可靠性为中心的质量提升工程 3.系统可靠性对系统可靠性对LED照明产品发展的作用照明产品发展的作用LED照明产品的构成及可靠性现状照明产品的构成及可靠性现状主主要要内内容容141. 企业老

6、板的困惑企业老板的困惑 为什么有的产品出厂前100%检验合格，而一年后，返修率却高达10%甚至20%。别人的产品却只有5%甚至1或者更低？3.1. LED照明产品的可靠性高低决照明产品的可靠性高低决定了产品返修率和合格率的高低定了产品返修率和合格率的高低老板的困惑老板的困惑v 三年，五年，十年包换？三年，五年，十年包换？v 能否达到？能否达到？v 如何达到？如何达到？v 如何更好？如何更好？用可靠性工程来回答用可靠性工程来回答LED照明产品照明产品15 可靠度？可靠度？ 用户要求？用户要求？ 产品返修率？产品返修率？ 客户满意度？客户满意度？ 是否愿意主动是否愿意主动更换更换LED？tetR)

7、( R(t)可靠度，越大越好 t任务时间，客户要求的时间 失效率，失效率，越小越好越小越好减小失效率减小失效率就要实施可靠性工程就要实施可靠性工程释疑释疑可靠性设计、可靠性预计、FMEA 、FTA、FRACAS、因果树、排列图、直方图l低价格就有竟争力吗？l为什么许多妈妈宁可去外国买贵奶粉，也不买国产的便宜的奶粉？高质量的产品是低成本的！总体上省钱高质量的产品是低成本的！总体上省钱 低质量的产品将最终以更大代价来弥补低质量的产品将最终以更大代价来弥补l品牌的核心是什么？广告？ 诚信、质量、可靠性。诚信、质量、可靠性。反 思3.2. 提高产品的可靠性是降低企业提高产品的可靠性是降低企业成本的重要

8、途径成本的重要途径 高质量和高可靠的产品是低成本的！ 为什么目前LED示范工程没有很好示范效应？派出大量的人力/物力去巡查？维修？ 系统可靠性设计理念，可能比追求LED器件、电源本身的可靠性更显得重要！ 质量/可靠性与寿命周期费用（传统观点）费用质量、可靠性不考虑产品全生命周期费用不考虑产品全生命周期费用质量质量/可靠性与费用：平衡点可靠性与费用：平衡点质量/可靠性与寿命周期费用（现代观点）费用质量、可靠性可靠的产品，可靠的产品，总体上最省钱！总体上最省钱！提高产品的可靠性提高产品的可靠性是降低企业成本的重要途径是降低企业成本的重要途径3.3. 高可靠的产品是消费者的诉求高可靠的产品是消费者的

9、诉求 顾客最关心的，是产品在购买使用一段时间后，是否还能正常使用，这恰恰就是可靠性要回答的问题。 LED照明是一个复杂系统，融合了多类产品，应用也很多，要让消费者接受，易用还要耐用，这是一个挑战！减少维修减少维修/免维修这就是可靠性。免维修这就是可靠性。苹果公司产品的可靠性给LED带来的启示改进和保障改进和保障测试性测试性安全性安全性功能功能可靠性可靠性维修性维修性1年2年合约计划（产品在合约期限内，（产品在合约期限内，确保出现失效产品的风险可接受）确保出现失效产品的风险可接受）几乎可以保证全新的替换产品几乎可以保证全新的替换产品1年内免费维修：（多数是替换性维修）（多数是替换性维修）符合全球

10、的安全标准符合全球的安全标准系统稳定的运行系统稳定的运行良好的用户体验良好的用户体验良好的产品改进良好的产品改进缺陷改进系统缺陷改进系统改进和推出下一代产品改进和推出下一代产品iPhone 4S iPhone 250小时 iPhone 3G - 300 小时 iPhone 3GS - 300 小时 iPhone 4 - 300 小时 iPhone 4S - 200 小时 苹果iOS 5推出之后不久，立即有很多用户抱怨： 此系统的iPhone 4S电池消耗速度极快，即便是在待机状态下。 苹果承认问题的存在，表示更新iOS 5将解决这一问题根源：可靠性问题根源：可靠性问题 不能达到不能达到 预期工

11、作时间预期工作时间3.4. 高可靠是企业形象和信誉的要求高可靠是企业形象和信誉的要求 品牌的核心是质量，高质量的产品必然具有高的可靠性，会赢得消费者的信赖和喜爱，逐渐形成良好的口碑，树立品牌形象，获得更强的市场竞争力。 质量是企业的信誉和生命，它直接决定了企业的形象和生存空间。3.5.高可靠、高质量是企业由小到大、由大高可靠、高质量是企业由小到大、由大到强的必经之路，是转型升级的重要着力点到强的必经之路，是转型升级的重要着力点u国外LED知名公司最近的发力说明了这一点u国内众多企业面临的困境说明了这一点u同功能LED产品的不同价值u产业由小到大，由大到强的发展必须经历质量革命小大强粗旷的扩张质

12、量 5.LED照明可靠性的发展趋势分析照明可靠性的发展趋势分析开展以可靠性为中心的质量提升工程开展以可靠性为中心的质量提升工程 3.系统可靠性对系统可靠性对LED照明产品发展的作用照明产品发展的作用LED照明产品的构成及可靠性现状照明产品的构成及可靠性现状主主要要内内容容28可靠性指标可靠性模型可靠性预计可靠性分配FMEA(FMECA)FTA元器件的选用降额设计容差与漂移设计储备（冗余）设计电路结构简化设计潜在通路分析“三防”设计热设计静电防护（ESD）微电子器件的可靠安装防闩锁设计软件可靠设计供应商的控制元器件的质量与可靠性控制制造过程管理与统计过程控制质量闭环控制可靠性活动与评审测定试验鉴

13、定与验收试验筛选试验增长试验HALT/HASS寿命和加速试验定量分析设计技术控制管理试验评价以可靠性为中心的质量设计、分析和控制以可靠性为中心的质量设计、分析和控制4.2 可靠性设计：目标要求可靠性设计：目标要求设计评审设计评审评价确认评价确认研发阶段是整个可靠性工作的重点建立研发可靠性责任制RCM的持续改进4.3 对企业管理层的建议1、企业领导要重视和支持质量管理工作，把可靠性工作放在重要位置；l树立现代质量观l改变研发人员和质量人员“救火”的状态u2、企业管理层认识到“设计质量”对产品固有质量的影响是至关重要的，注重开发阶段并投入大量人力物力提高设计质量，以保证质量问题在“源头”得到根本解

14、决。4.4 技术层面的建议技术层面的建议 1) 可靠性设计技术可靠性设计技术 2) 零部件和系统管理零部件和系统管理 3) 加强工艺加强工艺/过程的控制过程的控制 4) 加强加强LEDLED照明设备的环境适应性设计照明设备的环境适应性设计 5) 系统的故障数据累积/追溯数据1) 可靠性设计技术可靠性设计技术 1 使用因素 2 应力强度分析 3 设计失效模式影响分析 4 设计的失效模式影响及严酷度分析 5 设计中故障树分析 6 容差和最差情形分析 7 健壮设计 8 人因可靠性 9 X设计元器件的选用降额设计容差与漂移设计储备（冗余）设计电路结构简化设计潜在通路分析“三防”设计热设计静电防护（ES

15、D）IC器件的可靠安装防闩锁设计软件可靠设计设计技术2) 零部件和系统管理零部件和系统管理 1零部件选择 2材料的选择和控制 3降额的方法和原则 4建立规范加强元器件采购的质量控制，有效抵制假冒和伪劣元器件 仅9月份，通过DPA技术共剔除假冒、翻新元器件、IC共35型号批次，占企业委托我所实验室进行DPA总数的27.1。 通过失效分析（FA）发现了有15个委托失效分析的元器件、IC是假冒、翻新品，占9月份企业委托我所实验室进行失效分析总数的27.3%。 两项平均为27.2%。利用我们的假冒元器利用我们的假冒元器件鉴别技术鉴别出来件鉴别技术鉴别出来的假冒元器件的假冒元器件 3). 加强工艺/过程

16、控制主要ESD、潮敏和装配工艺管控 大量电路板未经使用就出现故障，经大量电路板未经使用就出现故障，经分析是元器件和电路分层。分析是元器件和电路分层。以下是声学扫描显微镜下看到的分层现象以下是声学扫描显微镜下看到的分层现象4 4）加强）加强LEDLED照明设备的环境适应性设计照明设备的环境适应性设计热路测量与分析；热材料选择；热路测量与分析；热材料选择；控制热阻（内、外）；冷却措施控制热阻（内、外）；冷却措施涂复、密封、灌封涂复、密封、灌封消源、减振、布局、安装消源、减振、布局、安装抑制干扰源；切断交连通路；抑制干扰源；切断交连通路；提高抗干扰能力提高抗干扰能力（屏蔽、滤波、接地）（屏蔽、滤波、

17、接地）防辐措施（材料、电路、工艺）防辐措施（材料、电路、工艺）三防（潮、三防（潮、霉、盐雾）霉、盐雾）热设计热设计振动、冲击振动、冲击电磁环境电磁环境辐射环境辐射环境热环境热环境气候环境气候环境机械环境机械环境电磁兼容电磁兼容性设计性设计抗辐射设计抗辐射设计环境调查环境调查环境试验环境试验应力强度分析应力强度分析防护措施防护措施环境环境适应性适应性设计设计 对产品进行可靠性预计和故障模对产品进行可靠性预计和故障模式及影响后果分析（式及影响后果分析（FMECA），建），建立立FRACAS系统，对故障进行根源系统，对故障进行根源分析分析RCA/RCFA, 提高设计水平提高设计水平5）系统的故障数据

18、累积/追溯数据43 总之，产品质量是设计进去的，生产和管理出来的。总之，产品质量是设计进去的，生产和管理出来的。 & & 加强设计人员的可靠性培训，将可靠性设计进产品；加强设计人员的可靠性培训，将可靠性设计进产品； & & 强化可靠性审查和组织保证；强化可靠性审查和组织保证；& & 采用先进的工具和手段；采用先进的工具和手段；& & 不可为可靠性而可靠性！不可为可靠性而可靠性！质量管理必须从设计阶段开展可靠性工作，只有全过质量管理必须从设计阶段开展可靠性工作，只有全过程阶段开展可靠性工作，抓产品质量才抓住了源头。程阶段开展可靠性工

19、作，抓产品质量才抓住了源头。 可靠性设计问题是重中之重，是解决系统可靠性的重可靠性设计问题是重中之重，是解决系统可靠性的重要抓手要抓手 5.LED照明产品可靠性的发展趋势分析照明产品可靠性的发展趋势分析开展以可靠性为中心的质量提升工程开展以可靠性为中心的质量提升工程 3.系统可靠性对系统可靠性对LED照明产品发展的作用照明产品发展的作用LED照明产品的构成及可靠性现状照明产品的构成及可靠性现状主主要要内内容容LED智能智能/智慧照明的控制软件智慧照明的控制软件1.软件的可靠保障是未来LED照明产品可靠性的保障可靠性的保障软件可靠性问题日益重要，能有效的监控和管理产品的降额使用，可靠性管理，可靠性监控等等，它将影响系统的功能、可靠性、安全、兼容性等。2. LED照明产品的可靠性与性能的一体化设计是产品设计的大趋势。 从只追求产品性能转变为强调产品的可靠性及维修成本，把可靠性要求与性能要求同等看待。-未来产品设计的趋势核心思想在产品开发阶段开发阶段要尽早考虑和构造可靠性。将可靠性将可靠性和性能一样 设计到产品