GB/T 36361-2018 LED加速寿命试验方法

　　ICS 3 1 . 260 L 45

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 36361—2018

　　LED加速寿命试验方法

　　AcceleratedlifetestmethodforLED

　　2018-06-07 发布 2019-01-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 36361—2018

　　GB/T 36361—2018

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本标准由中华人民共和国工业和信息化部(电子)归口 。

　　本标准起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所、国家半导体器件质量监督检验中心。

　　本标准主要起草人：赵敏、张瑞霞、黄杰、刘东月、张晨朝、茹志芹、徐立生、李长普。

　　GB/T 36361—2018

　　引

　　言

　　寿命试验是在实验室模拟各种使用条件来进行的。 为了缩短试验时间，在不改变失效机理的条件下，用加大应力的方法来进行试验，称为加速寿命试验。 通过加速寿命试验可以快速评价产品的使用寿命 。本标准给出了恒定温度应力加速寿命试验。

　　发光二极管(简称 LED)一般以光通量的衰减值作判据来获取试验数据，常规的方法需要较长的试验时间，本标准给出了一种可缩短试验时间获取试验数据的方法和比较简易的数据处理程序(简称退化系数解析法)，可以在较短的试验时间内获得 LED 的光通维持寿命。

　　白光 LED 同时将光通量衰减和色度参数(相关色温、显色指数、色容差等)漂移二者作为失效判据时，也可以采用寿命试验和加速寿命的图估计法或最好线性无偏估计法来获取白光 LED 的平均寿命，但是它需要较长的试验时间，具体可以参考 GB/T 2689 . 2—1981《寿命试验和加速寿命试验的图估计法(用于威布尔分布)》、GB/T 2689 . 4—1981《寿命试验和加速寿命试验的最好线性无偏估计法(用于威布尔分布)》和 GB/T 36362—2018《LED应用产品可靠性试验的点估计和区间估计(指数分布)》。

　　GB/T 36361—2018

　　LED加速寿命试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了通过恒定温度应力加速寿命试验得到 LED光通维持寿命的试验方法。

　　本标准适用于光通量慢退化失效模式的可见光 LED。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2689 . 1—1981 恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法 总则

　　SJ/T 11394—2009 半导体发光二极管测试方法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　初始值 initialvalue

　　加速寿命试验初始(0 h)时测得的光电参数值。

　　3.2

　　LED光通维持寿命 LED luminousmaintainlife

　　在规定工作条件下，LED光通量衰减至规定值的连续工作时间。

　　注 1 : LED光通维持寿命单位为小时(h)。

　　注 2：规定值通常为初始值的 70%。

　　注 3：对于蓝光 LED一般为辐射通量。

　　4 一般要求

　　4 . 1 环境条件

　　除非另有规定，应按照 SJ/ T 11394—2009 中 4 . 1 的相关规定。

　　测量应在环境温度 25 ℃ ± 1 ℃条件下进行。其他环境条件应按以下规定：

　　a) 测量环境应无影响测试精度的机械振动、电磁和光照等干扰;

　　b) 除非另有规定，LED光电参数均应在热平衡下进行(要有足够预热时间);

　　c) 测量系统应接地良好。

　　4 . 2 测量条件(允许偏差)

　　除非另有规定，测量条件应符合下列规定：

　　a) 偏置条件应在规定值的 ±1%以内;

　　b) 输入脉冲频率和占空比的允许偏差应在规定值的 ±2%以内。

　　GB/T 36361—2018

　　4 . 3 测量设备

　　测量设备的不确定度应符合相关规范的技术要求并计量合格。 在计量周期内，按有关操作规程进行测量。

　　5 恒定温度应力试验程序

　　5 . 1 抽样

　　5 . 1 . 1 抽样方式

　　试验的样品应在同一母体中一次性随机抽取。

　　5 . 1 . 2 样品数量

　　除另有规定外，每组温度应力抽样数量为 20 只，不少于 10 只 。

　　5 . 2 确定试验温度应力

　　如果没有结构相似器件的试验数据用来确定恒定温度应力加速寿命试验的温度应力，可进行步进应力试验确定加速寿命试验温度应力。 步进应力试验的样品数至少为 6 只 。试验步骤为：

　　a) 从产品说明书或产品规范推荐的工作结温应力开始，步进梯度为 15 ℃,每个温度点至少工作24 h ;

　　b ) 每步试验后进行光电参数测试;

　　c) 试验直至 LED 出现 50%以上样品失效时截止。

　　一个完整的加速寿命试验，其结温应力数目一般为 3 个，并且不能引起失效机理的改变。 根据步进应力试验记录的数据，找到 LED异常失效对应的温度，以此来确定最高结温应力的环境温度，第二个环

　　境温度点至少比最高结温应力的环境温度低 10 ℃ ,依此类推。

　　5 . 3 失效判据

　　光通量(根据不同应用要求规定失效判据数值 C，例如 70%)和/或正向电压(开路：VF≥5 USL)和/或反向电流(短路：IR≥50 USL)。

　　注：USL 为规范上限值。

　　5 . 4 参数测试

　　5 . 4 . 1 测量的主要参数

　　测量的主要参数为光通量，必要时可增加正向电压、反向电流、色度参数等。 测量方法及要求应符

　　合 SJ/T 11394—2009 中的相关规定。在参数测试前，经过加速应力试验的样品应在 SJ/T 11394— 2009 规定的大气条件下恢复 2 h,试验期间取出样品进行测量至再次将样品放置试验环境进行试验的时间应不超过 24 h。

　　5 . 4 . 2 测试间隔时间

　　测试间隔时间应符合 GB/T 2689 . 1—1981 中 7 . 1 的规定。 测试间隔时间的长短与施加应力的大小

　　有关，在没有自动记录参数的试验中，产品测试间隔时间的选择，建议按 1 、2 、5 间隔(10 h、20 h、50 h、 100 h、200 h、500 h、1 000 h…)选取，1 000 h后每隔 1 000 h 测量一次。要求每个加速应力水平下的寿命试验一般要有 5 个以上的测试数据点，即测试点数 n不应少于 5 个(n≥5)。

　　GB/T 36361—2018

　　5 . 5 试验记录

　　试验期间应记录以下内容：

　　a ) 试验情况记录：每天按规定次数记录试验条件的变化、试验中发生的异常情况、事故及分析的结论;

　　b) 失效情况记录：按顺序记录失效时间、数量和失效形式;

　　c) 失效样品：试验中各个应力组的失效样品应按其失效形式分别保存。

　　5 . 6 试验注意事项

　　试验注意事项如下：

　　a ) 试验期间应注意防止由于应力的突变而造成失效或影响样品参数的劣化;

　　b) 试验期间，每次测试均应使用同一测试仪器和工具，如应更换时，则应经过计量，以便保证测试精度。

　　6 数据处理方法

　　6 . 1 光通量衰减模型

　　当 LED处于慢退化的模式时，光通量随工作时间的变化用指数函数表示，见式(1) :

　　Φt =Φ0exp(- βt) …………………………( 1 )

　　式中：

　　Φt — 加温加电后对应某一工作时间的光通量，单位为流明(lm) ;

　　Φ0 — 初始光通量，单位为流明(lm) ;

　　β — 某一结温下的退化系数;

　　t — 某一结温下的工作时间，单位为小时(h )。

　　6 . 2 温度应力加速模型

　　退化系数与结温之间的关系可用阿仑尼斯(Arrhenius)方程表示，见式(2 ) :

　　β = β0 exp(-Ea /KTj ) …………………………( 2 )

　　式中：

　　β0 — 常数;

　　Ea — 激活能，单位为电子伏(eV) ;

　　K — 玻耳兹曼常数，单位为电子伏每开尔文(eV/K ) ;

　　Tj — 结温(热力学温度)，单位为开尔文(K)。

　　6 . 3 结温

　　小功率 LED 的结温按式(3)计算，功率 LED 的结温按式(4)计算：

　　式中：

　　Ta — 环境温度，单位为开尔文(K) ;

　　GB/T 36361—2018

　　VF — 正向电压，单位为伏特(V) ;

　　IF — 工作电流，单位为安培(A) ;

　　Rj-a — 结到环境的热阻，单位为开尔文每瓦特(K/W) ;

　　Tc — 壳温，单位为开尔文(K) ;

　　Rj-c — 结到壳的热阻，单位为开尔文每瓦特(K/W) ;

　　Ts — 散热器温度，单位为开尔文(K) ;

　　Rj-s — 结到散热器的热阻，单位为开尔文每瓦特(K/W)。

　　6 . 4 某一试验温度下的光通维持寿命

　　通过式(1)和不同加速环境温度下的试验数据(Φt,i、ti)，代入失效判据数值 c，可以计算该试验环

　　境温度下的光通维持寿命 Lc，i。计算公式见式(5) :

　　Lc，i=ti …………………………( 5 )

　　式中：

　　i— 不同的试验环境温度的应力水平，可取为 1 、2、3。

　　6 . 5 激活能

　　通过式(2)、式(4)和式(5)求出激活能 Ea , 按式( 6 ) 计算 ：

　　Ea =k

　　式中：

　　Tj,i — 试验应力水平 i下的结温，单位为开尔文(K) ;

　　Tj,(i+1) — 试验应力水平 i+1 下的结温，单位为开尔文(K)。

　　6 .6 推荐工作结温下的光通维持寿命 Lc，0

　　通过激活能 Ea 求出推荐工作结温下的光通维持寿命 Lc，0 ,按式(7)计算：

　　Lc，0 = Lc，i

　　式中：

　　Lc，0 — 推荐工作结温下的平均光通维持寿命，单位为小时(h) ;

　　Tj, 0 — 推荐工作结温，单位为开尔文(K)。

　　7 试验数据分析及处理

　　7 . 1 试验数据分析

　　在获得试验数据后，通过退化系数解析法进行数据处理之前，需要对试验数据进行分析。 可以通过以下方式进行数据分析。

　　根据不同应力下样品的试验数据，计算每个加速应力下的相关系数，根据试验的样品数按表 1 查相关系数临界值。 如果计算得到的相关系数的绝对值大于临界值，则认为数据合理。

　　GB/T 36361—2018

　　表 1 相关系数检验临界值表

　　7 . 2 试验数据处理

　　7 .2 . 1 不同试验应力温度下的光通维持寿命 Lc，i

　　对每一加速应力下的试验数据，通过图估计法或计算机进行线性拟合。 选取偏离拟合线最小、光输出衰减较大的试验数据点，该数据点的累计时间即为试验截止时间。 按式(5)计算得到光通维持寿命Lc，i，相关数据填写参见附录 A 中表 A. 1 。

　　也可以通过计算机最小二乘法或者在单对数坐标纸上描点划线，得到光通维持寿命 Lc，i。

　　7 . 2 . 2 结温 Tj，i

　　根据热阻、正向电压和环境温度按式(3)和式(4)计算得到结温 Tj,i及其相关试验数据，相关数据填

　　写参见表 A. 2 。

　　7 . 2 . 3 激活能 Ea

　　根据式(6) ,用不同结温 Tj,i下的光通维持寿命Lc，i分别计算激活能 Ea ,相关数据填写参见表 A.3。

　　7 . 2 . 4 推荐工作结温下的光通维持寿命

　　根据式(7)计算推荐工作结温下的光通维持寿命。 相关数据填写参见表 A. 4 。

　　8 试验报告

　　试验报告应包括但不限于以下内容：

　　a ) 失效判据;

　　b ) 试验样品及应力的选择和试验说明;

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　　c) 试验和测试设备的型号;

　　d) 整理试验数据并计算平均寿命;

　　e) 试验数据的图估计验证和试验结果的分析;

　　f) 试验结论。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　相关数据填写格式示例

　　相关数据填写格式示例见表 A.1~表 A.4。

　　表 A.1 给定试验环境温度下的试验数据及平均光通维持寿命数据

　　样品数量 试验日期

　　失效判据 环境温度

　　表 A.2 结温相关数据

　　试验时间 样品数量

　　环境温度 工作电流

　　表 A.3 激活能相关数据

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　　表 A.4 光通维持寿命及其相关数据

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　　参 考 文 献

　　[1] 茆诗松，汤银才，王玲玲.可靠性统计[M] . 北京：高等教育出版社，2008 : 311-315 .

　　[2] Shigenobu Yamakoshi, Osamu Hasegawa, Hisashi Hamaguchi, Massyuki Abe, Toyoshi Yamaoka. Degradation of high-radiance Ga1-xAlxAs LEDs[J].Applied physics Letters, 1977.

　　[3] Shigenobu Yamakoshi, Massyuki Abe, Osamu Wada, Satoshi Komiya, Teruo Sakurai. Relia- bility of High Radiance InGaAsP/InP LED’s Operating in the 1.2-1.3μm Wavelength[J].IEEE JOUR- NAL OF QUANTUM ELECTRONICS, 1981 .

　　[4] IES LM-80-08Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources

　　[5] JEDEC JEP118—1993 Guidelines for GaAs MMIC and FET Life Testing