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。
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Description of LED light source Number of LEDs tested Operating cycle Electric Wiring Ambient conditions
Lifetime ExtrapolationⅡ（40mA on single chip）
L70和Tj的关系
Tj(℃) 83 100 113
Tj(K) 356 373 386
L70（hr） 62000 27000 9000
Lifetime Estimation and Analysis
LED灯具的寿命--- 系统概念
Junction Temperature (Tj) 40 ℃ 53 ℃ 70 ℃ 83 ℃ 100 ℃ 113 ℃
Drive Current on Single Chip (I) 20 m A 40 mA 20 m A 40 mA 20 m A 40 mA
Average Lumen Maintenance at 6000 hrs 101.9% 101.7% 102.3% 96.0% 93.5% 80.2%
10 11
±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)
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Observation of LED failure
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。
电流扩散性影响芯片温度
LED器件寿命--- 同芯片和封装的关 系
1. LED寿命本质上是指芯片的寿命；
2. 在老化测试中，最先1000小时被认为是无效的。
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。
镍铬比例大则导热差
结温的推算--- 结温计算
1. 如果一个LED器件或LED灯具的从芯片PN结到环境的热阻是已知 的，而且功率是已知的，则结温可以通过上述公式知道。 2. TA代表所测点的温度，不一定是环境温度，可以是任何一个容易 测到而且温度能达到平衡的点。
LED器件寿命的测试--- TMP
TMP = 温度测量点 散热铜柱（Slug）上的温度 贴片LED的引脚上（Soldering Point）的温度 封装底座上的温度（Substrate)上的温度 LED模组上MCPCB（金属基PCB）的温度 电源外壳温度 电源基座温度
15
75 400 400 n/a
70
75 100 110-140 120
35
40 50 50-64 75
5
15 10 20 50
65-88
70-85 70-85 25 80-90
LED（2012）
n/a
150
120
100
90-95
LED照明光源的环保特性
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 5% 90% 0% 95% 荧光灯 23% 33% 3% 59% 金卤灯 27% 17% 19% 63% 白光LED （120 lm/W) 33% 0% 0% 33% 白光LED （240 lm/W) 66% 0% 0% 66%
1
铝合金
纯铜
黄铜 纯金 纯银 纯铁 锡 钛
386
119 318 418 72 64 15.6
有机玻璃
PC PS PVC 硅橡胶 环氧树脂 玻璃
0.19
0.19 0.1 0.16 0.19 0.2 0.78
L：代表导热距离
A：代表导热截面积
金刚石
钨 不锈钢
2100
180 12-40
砖头
木头
0.69
0.1-0.15
热能
总和
5%
100%
41%
100%
37%
100%
67%
100%
34%
100%
LED封装结构
DIP LED & Piranha
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 件的失效有关： R(t) = 1 – P(t)
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Test time Case Temperature Temperature Measurement Measurement Tolerance & Instruments Temperature Current Lumen Output Forward Voltage Chromaticity Lumen maintenance data Junction Temperature



LED芯片的寿命 LED封装材料对光和热的抵抗性 LED灯具中光学系统和透光材料的透光率稳定性 LED驱动电源的寿命 LED灯具结构在恶劣环境中的寿命
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。
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。
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
L-寿命同LED结温的关系采用Arrhenius模型： Lifetime ∝ exp(Ea/kTj)
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 Power （ W） 15 60 10 50 28 58 5 Luminous Efficacy （lm/W） 10 15 12 18 80 90 50 System L/E （lm/W） 7 10 9 12 48 54 25 Lifetime （k hrs） 2 1 3 2 10 12 8 CRI （%） 98-100 98-100 98-100 98-100 50-90 50-90 65-88
LED器件寿命曲线的模拟和推导
Weibull Distribution
t f（t）
-1
e
t --
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）
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
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 ) exp i t i
从上述公式中可以看出，如果某一因素的寿命特别 短，或者失效率特别高（寿命和失效率成反比）， 则系统可靠性只同这个因素有关。
ncandescent Tungsten-halogen Tungsten-halogen Fluorescent Tube Fluorescent Tube Compact Fluorescent Lamp
Compact Fluorescent Lamp
Metal Halide Metal Halide High Pressure Sodium Vapor LED（2010）
结温的 推算
---热阻 定义
结温的推算 --- 热阻模 型
同电阻计算 完全一致！
结温的推算--- 热阻模型
R
1


L A
单一材料热阻计算
热阻计算公式： 一般材料的导热系数（W/mK）： 纯铝 220 120-180 纯氧化铝 ABS 37 0.25
L R A
其中： σ代表导热系数
No failures occurred during testing