基于失效物理和非平稳随机过程的大功率白光LED多模式寿命预测方法研究

基本信息
批准号:61673037
项目类别:面上项目
资助金额:61.00
负责人:孙博
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:容锦泉,樊嘉杰,徐恒宇,李豫,蒋孝鹏,黄丽茜,闫美辰,杨西
关键词:
发光二极管多失效模式寿命预测非平稳随机过程失效物理
结项摘要

This research project focuses on the basic scientific problem of failure prognostics for high-power white LEDs (light emitting diodes) with the characteristics of “multiple failure modes” and “non-stationary degradation process”. A novel multiple failure prognostics method is proposed by combining physics-of-failure models and performance-degradation data. Firstly, a unified and generalized physics-of-failure model is established that can be used to describe the interaction of multiple failure modes and mechanisms. The LEDs’ photometric, colorimetric and electricity properties with “sporadic jumping” and “non-stationary depreciation” characteristics are studied. The non-stationary stochastic process-based degradation models are respectively established for photoelectric parameters, chromaticity coordinates and spectral power distribution (SPD). The Copula function theory is utilized to construct the joint failure probability distribution function (PDF) for multiple failure modes. Then, more accurate life prediction and reliability estimation can be realized through the comprehensive application of the above models and methods. Finally, some series of typical LED lighting products are selected as test samples. A combination of the multi-physics simulation and accelerated degradation test is applied for verification purposes. Through this research project, the necessary and important basis of theoretical and scientific is laid and provided for complex electronics (LED system as the representative) prognostics. On the other hand, the necessary guidance and technical support are also provided for fast, accurate, and low cost life (including RUL) prediction and reliability qualification of new type of microelectronic devices (LED as the representative).

本项目研究围绕“具有多模式、非平稳退化特征的大功率白光LED寿命预测”基础问题展开,提出多失效模式条件下失效物理模型与性能退化数据相融合的寿命预测新方法。首先构建一个可以表征LED光输出退化、颜色偏移等多失效模式及机理交互作用的失效物理统一模型。针对LED光电色性能参数带跳跃、非平稳退化特征,分别构建描述光电特性、色度以及光谱功率分布等特征量退化的非平稳随机过程(如Lévy过程)模型。利用Copula函数理论构建多失效模式联合概率分布模型,进而实现准确的LED寿命预测和可靠性评估等。选取典型LED光源产品为案例,采取仿真分析与实物试验相结合的方式进行应用验证。通过本项目研究,一方面为LED系统为代表的复杂电子产品寿命预测理论和方法的进一步完善奠定理论基础和提供科学依据;另一方面也为LED为代表的新型微电子器件进行快速、准确、低成本的寿命预测、可靠性鉴定及合格认证等提供方法指导和技术支撑。

项目摘要

LEDs具有“高能效”、“长寿命”、“绿色环保”等特点,已开始在包括国防军事、航空航天、城市建设、通讯网络、汽车工业、医疗设备、消费电子等诸多工程系统和产品中得到越来越广泛的应用。本项目研究围绕“具有多模式、非平稳退化特征的大功率白光LED寿命预测”基础问题展开,提出了可以同时考虑LED多失效模式条件下失效物理及性能非平稳随机退化过程进行寿命预测的新方法,开展了LED光输出退化及颜色偏移失效物理模型、LED光电色性能以及光谱功率退化预测方法、多失效模式融合的寿命预测方法等方面的研究。研究成果弥补了当前LED 寿命预测及可靠性评估的理论认知不足和技术方法缺陷。本项目的研究工作,一方面为LED系统为代表的复杂电子产品寿命预测理论和方法的进一步完善奠定了必要的理论基础并提供了重要的科学依据;另一方面,研究提出的方法为以LED为代表的新型微电子器件进行快速、准确、低成本的寿命预测、可靠性鉴定及合格认证等提供了必要的方法指导和技术支撑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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