项目2LED照明产品可靠性加速测试与分析企业项目汇报会

1、项目2LED照明产品可靠性加速测试与分析,半导体照明联合创新国家重点实验室（筹） 2012年5月,企业项目汇报会,1. 研究背景,全球照明产业展望 全球SSL产品市占率预期将在2020达到60%以上 在各应用领域，预期SSL将大幅度的降价 但是，SSL的产品普及除了需要价格降低外，另外需要经由质量与可靠性的验证，以建立使用者对于SSL产品的信心 目前SSL产品的可靠性并未全面性的了解，并且该实验方法也没有适当的建立 在美国能源部所制定的多年度SSL发展规划： 在2020之前，发展出一套用於SSL系統寿命估计的软件， 误差度达到10%之内，包括测试方法与模型等。 本项目与美国能源部的可靠性项目同

2、步进行,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究背景,SSL 产品虽包括光源与电源，但是其可靠性却不是光源与电源的1+1=2组合，他们的相互影响是必须要考虑的。 SSL产业对于产品可靠性的需求 加速可靠性测试方法与标准 产品可靠性预测模型与方法 户内/户外半导体照明产品通常承受多种负载，包括： 过高或低的环境温度 湿度 热或电力循环(Cycling) 电流/电压变化或电力中断(停电) 紫外辐射 机械震动/冲击 其他(包括：风、盐等),限国家重点实验室企业集资共性项目使用,24 hour / 7 day burn in,Design/Fabrication Testing,RMA,Test/A

3、ssembly,Extended Life Test,Leak/Moisture Test,子项目一：可靠性加速试验方法研究 通过一系列的可靠性测试，确定元件或子系统的关键/可能的失效模式与原因，建立初步的加速可靠性测试方法 子项目二：系统评估软件开发 建立一套快速的系统可靠性估算方法(原理)，能够科学的预估灯具系统的寿命，指出导致灯具失效的关键部件与失效原因，开发具有良好使用者界面的可靠性估算软件的框架结构 子项目三：可靠性测试设备开发 研制多负载可靠性测试设备样机,项目组织：樊学军、许绍伟、袁长安 项目管理：赵璐冰 加速实验和系统软件(TUD) 可靠性设备(长光所),限国家重点实验室企业集

4、资共性项目使用,子项目一：可靠性加速试验方法研究,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究路线,第一轮 灯具摸底实验 对于国内与国外大厂的产品进行摧毁性的Hammer Test 要对中国SSL产品的可靠性有一个全面的认识 本实验与美国DoE的实验进程是同步的 为第二轮实验提供强有力的数据基础 第二轮 电子驱动模块加速实验 藉由多负载(温度、湿度、电压波动等)，取得模块与元件的加速测试因子 未子项目2可靠性模型提供数据库 为可靠性实验标准化提供基础研究,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 灯具摸底实验 (1),Hammer test 条件 预烧70C, 72hr 热循环/冷热冲击

5、：-40C-100C, 100 cycles, (15 mins -40C, 60 mins 100C, 15 mins change time), 非工作状态 高温高湿：双85 (RH/C) 持续100 hrs，工作状态 从一个应力转移到另一个应力前，每个样品都进行光电测试 连续交替直到样品失效 失效判定： 以光通量降低到初始值的70%作为失效判据。总光通量，相关色温，和色坐标通过校准后的积分球来测试，标准测试方法IES LM-79-08,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容:灯具摸底实验 (2),样品选择： 各厂家产品按照国家实验室的要求方法测试自家产品以及与厂家产品相关的国外大

6、厂产品(以自国外渠道购得、并以发送给企业) 包括：飞利浦、Cree 测试样品需要满足 “没有已知设计缺陷的可靠生产线” 产品 关注的应用产品: 球泡灯 PAR LED灯管 筒灯,国产筒灯,飞利浦4筒灯,飞利浦7W球泡灯,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容:灯具摸底实验 (3),进度：部分企业已经回报部分结果，企业的实验仍在进行中 结果: 部分产品在3-5个循环后已失效 失效模式有： 光源与光源与PCB焊接点 其他材料破坏 电子驱动破坏 初步数据表明部分产品失效属于质量问题。,反射片变形,LED烧坏,正常LED,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 灯具摸底实验 (4),

7、讨论： 收集各企业的测试数据 所有的讯息都将反馈给国家实验室，并删去敏感讯息与公司产品讯息，并且与参与企业集资共性项目成员分享。 跟实验报告将包括国内厂家产品与国外大厂同类产品的实验结果。 预计本阶段工作于5月底结束。,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 电子驱动模块加速实验 (1),背景：一般认为电子驱动失效是SSL灯具失效的主要原因之一。 目标： 以电子驱动模块为入口，设计加速实验方法，取得加速因子 藉由多负载(温度、湿度、电压波动等)，除量测电子驱动模块的电学输出外，并与设计光模块相接后量测其光质量(光强、光色、光闪烁等)参数。 为可靠性实验标准化提供基础研究 实验执行时间

8、：2012 Q2-Q4,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 电子驱动模块加速实验 (2) 实验方案,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,以电解电容为入口，发展加速验方法并定义加速因子,热循环 高温高湿,电压,研究内容: 电子驱动模块加速实验 (3),元件级别加速测试： 实验架设： 把关键元件独立出来，放到可控温、控湿的箱体，并实时量测元件温度 将该元件与总体驱动电路相连接 负载 个体元件上施以高温高压加速 总体驱动电路以电压与过高压加速 量测： 电参数：实时量测LED电流均值、Current ripple。非实时量测该元件之等效电压、电感与电容值的量测。 热参数：实时量测元件接

9、脚温度 光参数: 以特定间隔，把该驱动电路与光模块连接，量测光衰、光色、光闪烁,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 电子驱动模块加速实验 (4),输入/出参数 本实验有多输入与多输出，因为这些输入/输出接与元件或模块的可靠性相关。 以电解电容的热输入来说：不同的电容对于相同的温度下的可靠性也不同。 以驱动模块的电输出量测来说，电流均值(Mean current)与Current ripple 与光输出相关。,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究内容: 电子驱动模块加速实验 (5),项目落实 选择驱动模块： 没有已知设计缺陷的可靠产品: 该模块可以通过Hammer Test，

10、没有显著的质量问题。 具有普遍应用意义。 相对应的光模块规格? 落实实验方案 本实验的负载相对复杂，需求大量高级人力 国家实验室(包括半导体所、常州实验室) 负责实验设计、实验夹具设计、实验架设；国家实验室与企业负责量测,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,子项目二：系统评估软件开发,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,研究背景(1),缺乏一个系统可靠性估算方法 LED灯具的寿命基于一个LED芯片在25C的光衰 系统失效LEDs 失效 每个部件都会展示各自不同的失效模式 这些失效模式相互影响，加速整个系统的失效 现有的系统可靠性模型没有所需的多面性来处理 SSL 系统的复杂性 一般采用传统

11、的试错法,这种方法明显地具有费用高、时间长，以及可靠性低等缺点 美国能源部MYPP计划中也建议建立系统可靠性估算方法 本项目和美国能源部MYPP计划时间表是同步的（樊学军老师是美国能源部可靠性联盟的成员之一）,飞利浦照明所采用的系统可靠性评估的方法,利用以下的方法来分解系统 确定关键部件的失效机理 使用系统条件以及在假设独立的子系统条件下，推导出各子系统的可靠性标准 通过蒙特卡罗方法预测的系统故障组件失效分布,这方法有个很局限性的假设，那是子系统失效机理是相互独立的,研究背景（2）,快速灯具系统可靠性估算方法,发展一套快速的系统可靠性估算方法与软件，在考虑众多且复杂的失效模式下，能够科学的：

12、在灯具设计阶段即可预估灯具系统的寿命， 同时指出导致灯具失效的最关键部件。 本项目预估 建立相关理论基础与关键部件可靠性资料库 完成一套Web-based的、具良好使用者介面的可靠性估算软件。,使用者1,使用者2,使用者3,使用者4,网络,新的资料或算法,研究路线(1)：系统可靠性预估方法,云端资料库,研究路线(2)：系统可靠性预估方法,建立各子系统的失效标准 分析与研究重要部件的失效模式 建立部件失效资料库 需要一个系统的整理工作 理论建立： 考虑子系统的不同失效模式的相互影响下，综合以下3种统计学模型，以便开发新的可靠性模型 失效树定义各个失效模式与系统失效的关系 贝叶斯网络根据失效树综和

13、计算各个子失效机率以得出系统失效机率,马尔可夫链定义各个失效机率与时间的关系，计算在特定时间下的部件失效机率,系统可靠性,光源的失效,驱动的失效,电解电容 1,多个 LED,电解电容 2,目前没有这方面的数据,研究路线(3)：系统可靠性预估方法,研究内容(1)：系统可靠性预估软件,For 32 LEDs at 100hrs,系统可靠性预估软件的界面,(LED 1),32 颗LEDs 在 100kHr,预估流明的分布与时间的变化,32 颗LEDs 在 10kHr,32 颗LEDs 在 50kHr,研究内容(2)：系统可靠性预估软件,(LED 1),4 颗LEDs 在100kHr,8颗LEDs 在

14、100kHr,16颗LEDs 在100kHr,32颗LEDs 在100kHr,预估多个LED的流明的分布与时间的变化,研究内容(3)：系统可靠性预估软件,4颗LEDs,32颗LEDs,64颗LEDs,预估拥有多个颗LED的系统可靠性,研究内容(4)：系统可靠性预估软件,预估多种LED的系统可靠性,LEDs A,LEDs B,研究内容(5)：系统可靠性预估软件,预估多种部件组合的系统可靠性,焊点 B,驱动 A,焊点 A, 驱动 A,焊点 A,驱动 B,驱动A可靠性驱动B 焊点 A可靠性焊点B,研究内容(6)：系统可靠性预估软件,工作仍然在进行中,研究内容(7)：系统可靠性预估软件,求解反问题 系

15、统诊断功能 基于最终失效模式，对其逆问题进行理论分析，以便点出导致灯具失效的最关键的几种部件,研究内容(8)：求解反问题,系统失效机率,光源的失效,LED1 灾难性失效,LED 1 流明低于70%,焊点的失效,驱动的失效,电解电容的失效,下部分工作,开发web-based的界面 程序调试并且将软件更完整化 通过整合课题1的数据，建立驱动部件可靠性资料库 开发系统故障诊断功能,子项目三：可靠性测试设备开发,限国家重点实验室企业集资共性项目使用,设备研制,2012.05.11,设备雏形,设备的外型尺寸：175020002550(mm) 内部工作室尺寸：100014801500(mm),已完成工作一、技术指标,已完成工作二、收集常