Weibull Distribution
e f（t）=
β
⎛ ⎜
t
β -1
⎞ ⎟
--⎜⎛
t
⎞β ⎟
⎝λ⎠
λ ⎝λ⎠
其中：β是无量纲，修正曲线的形状； λ是失效率； t 是时间。
Lifetime ExtrapolationⅠ（20mA on single chip）
Lifetime ExtrapolationⅡ（40mA on single chip）
影响LED器件可靠性的主要因素
封装材料的光热稳定性和应力：
� 应力小：热膨胀或收缩系数比较小 � 玻璃化温度（Tg）影响上述系数 � 高透光率而且无黄变 � 耐热耐紫外 � 无吸湿性
硅胶和环氧树脂的性能比较
硅胶针对不同波长的透光率
耐温实验
紫外稳定性
L-寿命--- 同LED PN结温的关系
LED封装可靠性和 寿命分析
钟群 博士
深圳中景科创光电科技有限公司
白光LED器件发光效率的发展和预测
白光LED同传统照明光源的比较
Lamp Type
Incandescent Incandescent Tungsten-halogen Tungsten-halogen Fluorescent Tube Fluorescent Tube Compact Fluorescent Lamp Compact Fluorescent Lamp Metal Halide Metal Halide High Pressure Sodium Vapor LED（2010） LED（2012）
50-64 75 120
Lifetime （k hrs）
2 1 3 2 10 12 8 5 15 10 20 50 100
CRI （%）
98-100 98-100 98-100 98-100 50-90 50-90 65-88 65-88 70-85 70-85
25 80-90 90-95
LED照明光源的环保特性
Ta: 25, 55 & 85℃ RH: < 45% 6000 hrs The case temperature measurement point is the solder point of LED leads (cathode) Temperature is measure by K -type thermal couple (fine type).
件的失效有关：
R(t) = 1 – P(t)
R(t)：可靠性几率 P(t)：失效几率 t：时间
平均失效时间 MTTF
MTTF = Mean Time To Failure •可靠性几率同失效率λ成指数关系
R(t) = exp(-λt) •MTTF和失效率成反比
MTTF = 1/λ •寿命同MTTF成正比关系, 和失效率成反比关系
LED灯具的L-寿命等于上述寿命中最短的一个！
延长LED系统寿命--- 降低LED结温
1. 降低LED芯片PN结和灯具外壳或散 热片之间的热阻。 2. 增加外壳或散热器对空气的散热能 力，降低外壳或散热器的温度。
Thanks
LED的B-寿命的理解
同B-寿命相关的失效机理是Catastrophic Failure（崩溃失效） LED的崩溃失效有： • 开路或短路 • 灭光（或非正常的急剧光衰）
一般来说，如果以上述彻底毁坏的因素来定义LED器件的B-寿命， 则LED器件的寿命非常长，即使B-10都能超过10万小时。事实 上，LED器件的B-10寿命必须同L-寿命结合起来考虑。
33%
66%
0%
0%
0%
0%
33%
66%
67%
34%
100%
100%
DIP LED & Piranha
LED封装结构
SMD LED
LED Display
High Power LED
如何理解LED照明的寿命？
� 同LED器件,电源, 以及所有配件的寿命有关 � 寿命同可靠性有关，或者说同上述所有零部
TMP的测试示意图
LED器件的寿命评估--- IESNA LM80标准
美国新出台的IESNA LM80-08标准约定6000小时的 老化测试时间。
1 Description of LED light source 2 Number of LEDs tested 3 Operating cycle 4 Electric Wiring
L70和Tj的关系
Tj( )
Tj(K)
L70（hr）
83
356
62000
100
373
27000
113
386
9000
Lifetime Estimation and Analysis
LED灯具的寿命--- 系统概念
LED灯具成为一个系统，其可靠性几率同所有配件和 性能的失效率的加和有关：
R(t)
=
输入功率转化为： 白炽灯
可见光辐射能量 红外辐射能量 紫外辐射能量 辐射能量总和 热能 总和
5% 90% 0% 95% 5% 100%
荧光灯
23% 33% 3% 59% 41% 100%
金卤灯
27% 17% 19% 63% 37% 100%
白光LED
白光LED
（120 lm/W) （240 lm/W)
±2℃ ±0.1mA ±3.0% ±0.05V ±0.003 (See test reports) Tj is calculated by
Tj = Ts + P*Θ (P: dissipation power; Θ: thermal resistance, ～50K/W)
No failures occurred during testing
5 Ambient conditions
6 Test time 7 Case Temperature
8 Temperature Measurement 9 Measurement Tolerance &
Instruments Temperature Current Lumen Output Forward Voltage Chromaticity
1
25 ℃
30 ℃
40 ℃
20 m A
101.9%
2
25 ℃
33 ℃
53 ℃
40 mA
101.7%
3
55 ℃
60 ℃
70 ℃
20 m A
102.3%
4
55 ℃
63 ℃
83 ℃
40 mA
96.0%
5
85 ℃
90 ℃
100 ℃
20 m A
93.5%
6
85 ℃
93 ℃
113 ℃
40 mA
80.2%
LED器件寿命曲线的模拟和推导
L-寿命同LED结温的关系采用Arrhenius模型：
Lifetime ∝ exp(Ea/kTj)
其中：Ea：活化能，单位是电子伏特（eV） k：Boltzman常数（8.617 x 10-5 eV/K) Tj：结温，绝对温度
对于半导体材料来说，历史上Ea活化能定为0.43eV.但是对于AlGaInP和 InGaN这些LED材料来说，0.43eV已不合适，而且不同厂家生产的LED 材料的Ea都不相同。一般来说，Ea越大，则LED在低结温下寿命更长。
老化测试数据总结
Data Set
Ambient Temperature
(Ta)
Case Temperature
(Ts)
Junction Temperature
(Tj)
Drive Current on Single Chip (I)
Average Lumen Maintenance at 6000 hrs
实例分析
中景LED器件的MTTF可达108device hrs； 单个器件使用10000小时的可靠性几率：
R(t) = exp{-10000/108} = exp {-10-4}
= 99.99%
失效几率 P（t）= 1- R(t） = 0.01% or 100 ppm
传统照明工业的寿命标准
*B-寿命是指多少比例的产品毁坏性失效，比如开路，短路，不亮等
10 Lumen maintenance data 11 Junction Temperature
12 Observation of LED failure
5050 3-chip PLCC6 SMD TOP LED，2700K，Ra≥80 (See test reports) Constant current at 20mA (Standard) & 40mA (maximum rated) Series connection of LED, individual connection of LED chips with current-limiting resistor to guarantee constant current passing every chip LEDs are operated in environmental control chambers. The temperature of the ambient air is actively controlled by air flowing through the chamber.
LED的L-寿命同LED-PN 结温有关
温度让材料中的原子互相扩散，破坏了LED PN结界面 的陡性，因此发光效率降低
LED的L-寿命同工作电流有关
工作电流的影响同芯片的结构有关。