《半導體照明系統可靠性強化機理與試驗方法設計》是依託中山大學，由王鋼擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：半導體照明系統可靠性強化機理與試驗方法設計
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：王鋼
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
壽命與可靠性問題是影響LED照明產業發展最為關鍵的因素。本項目旨在建立針對LED照明系統的可靠性強化機理，指導業界在LED照明系統設計與研發的早期階段導入長壽命和全壽命周期的理念，研究建立相應的可靠性強化試驗方法，從根源上防治壽命和可靠性設計的薄弱環節，提高產品在有效壽命期內抵抗隨機故障的健壯度，降低全壽命周期成本。本項目擬以系統的熱匹配、互連部分、LED光源作為可靠性強化的三個主要環節，採用HAST設備、HALT/HASS 設備和天然暴露耐候性試驗場作為主要手段，結合失效物理分析，系統揭示半導體照明系統可靠性強化試驗的技術內涵，探索可靠性強化理論。並通過建立基於多場耦合非線性建模仿真的高加速應力試驗方法，最佳化可靠性強化試驗剖面設計，提高缺陷激發效率。最後，採用動態分布參數的Bayes方法，基於可靠性強化試驗的小樣本數據，研究半導體照明系統可靠性的快速定理分析評價方法。
結題摘要
半導體照明技術的快速發展，對以大功率白光LED為核心的照明系統在實際套用中的可靠性提出了嚴格要求，本項目較系統的研究了LED光源及燈具的可靠性強化機理，設計並最佳化可靠性強化剖面設計、開展驗證試驗。項目通過天然耐候性試驗與模擬環境試驗對比，薄弱環節失效機理分析，LED光源與燈具健壯設計，試驗驗證可靠性強化效率。具體開展了海島、熱帶、城市、沙漠以及高原的天然耐候性試驗，高加速應力極限/高加速應力篩選試驗等模擬環境應力試驗，建立應力-缺陷激發間的物理關聯。基於項目建立的試驗剖面設計，建設完成相應的試驗平台與測試系統，同時，建立包括6類46種材料的封裝材料資料庫：軟著登字第0513376號。項目主要研究結論包括：①漏電流與肖克萊--里德霍爾非輻射複合是誘導缺陷產生的主要原因。1/f低頻電子噪聲的噪聲幅值增長速率和噪聲頻率指數的變化，對表征LED器件的退化程度具有十分敏感的表現。②基於結溫變數下的阿倫尼斯模型、濕氣應力下的Peck模型、電流作用下的逆冪律模型，得到85℃/85%RH標準試驗條件下溫&濕&電耦合作時的壽命預測模型，以老化時間1000小時內數據的預測值與實驗誤差為4.51%。③熱衝擊載荷下的LED器件存在由材料的熱脹係數失配引起的封裝材料界面分層缺陷，進一步對金線的等效塑性應變具有重要影響。④矽膠透鏡與螢光粉等無機顆粒界面是LED光源失效的薄弱環節，改善有機-無機界面兼容性有利於提高可靠性。⑤設計和定義高加速壽命試驗，確定故障高效激發的應力模式，最佳化可靠性強化試驗的剖面設計，性能檢測以覆蓋激發的全部故障為原則，試驗結果表明照明模組在多項試驗應力的組合序列下，出現不同程度的零部件鬆動與脫落問題。⑥天然耐候性試驗表明，交變溫度應力下的LED光輸出退化更快，與實驗室熱衝擊模擬試驗封裝材料熱脹性失配和高溫老化試驗造成的光效降低，具有較好的相合性；不同燈具之間光衰趨勢不同，以監測光衰來預測壽命的方法不存在通用性。
