大功率LED照明灯具的退化机理及系统可靠性研究

The integrated reliability problem of LED luminaries is a major obstacle for LED's entering the common illumination market. There is an urgent need for setup of the methods of fast reliability test and the theory for life assessment of LED luminaries. With a focus on this important need of solid lighting industry, this project will conduct the system reliability and the life assessment methods of LED luminaries. The accelerated degradation test methods suitable for LED will be designed. Experimental tests using temperature, humidity, and electrical current or their combination as loading or shock loading will be performed to study the performance and behavior of LED luminaries. The failure modes and failure mechanism will be analyzed. The simulation models based on multi-physics (heat, mechanical stress and moisture) will be established. Simulations on the LED modules and luminaries system under different test conditions will be conducted and the results will be analyzed and be provided as the base for failure root analysis. Using the system engineering methods, the relationship among the packaging elements, module, and luminaries will be established and the interaction mechanism will be explored. The system reliability assessment model will be setup by using the system analysis tools. The reliability assessment accelerated test methods and prediction models will be proposed. The research achievements will provide a theoretical base and technical support for the design, manufacturing, applications and reliability test of LED luminaries. Therefore the project has a great importance of science and practical value.

LED照明产品的整体可靠性问题是LED进入通用照明市场所面临的重要障碍，急需建立LED灯具的快速可靠性试验方法、寿命评估理论体系。本项目针对LED照明产业的重大需求，研究LED灯具在湿热条件下的退化机理及可靠性。设计有效的LED灯具加速退化试验方法，分别研究LED光源子系统和灯具系统在温度、湿度等单/复合应力作用下的性能变化规律，分析LED灯具的关键失效模式及退化机理；建立基于多场（热、湿及机械应力等）仿真模型，对LED光源子系统和灯具系统进行各种试验条件下的仿真分析，为退化失效机理分析和加速退化试验方法设计提供支持；基于分解子系统进行加速退化试验，采用系统可靠性统计分析方法，建立LED灯具系统可靠性评估模型，对比整灯加速退化试验的外推结果，改进并进行验证试验；最终建立LED灯具加速退化试验方法及寿命评估模型，实现系统可靠性评估。研究成果对LED灯具的设计、制造、应用及可靠性评估提供依据。

LED照明产品的整体可靠性问题是LED进入通用照明市场所面临的重要障碍，急需建立LED灯具的快速可靠性试验方法、寿命评估理论体系。本项目针对LED照明产业的重大需求，研究LED灯具在湿热条件下的退化机理及可靠性。. 对LED灯具加速退化试验方法进行了深入研究，建立了LED灯具系统的试验测试模型，提出基于灯具子系统分解的目标子系统隔离加速的试验测试模型及灯具系统可靠性评估方法，基于分解子系统进行加速退化试验，采用系统可靠性统计分析方法，建立LED灯具系统可靠性评估模型；研究LED灯具加速衰减试验的极限热应力检测分析方法；建立LED灯具的加速衰减试验模型，结合不同试验条件的产品退化数据，选择合适的衰减轨迹分析模型，对典型加速试验的产品退化数据进行灯具系统的可靠性评估分析。建立LED灯具加速退化试验方法及寿命评估模型，实现系统可靠性评估；针对寿命快速检测的需求，基于LED灯具表面温度测量与仿真分析研究灯具寿命的快速预测方法。. 揭示了LED灯具在加速试验条件下的关键失效模式及退化机理。研究结果表明LED灯具光色参数衰退是主要的失效模式，退化机理分析表明：灯具级别里的LED封装和芯片在老化试验后发光效率发生了严重的衰减；LED封装材料的衰退在整个LED封装器件的光学退化中起到重要作用，其次是LED芯片的退化；老化后倒装LED芯片光功率退化的密切关联因素之一是其遂穿饱和电流发生了显著的衰减；分析认为不同散热能力是LED灯具出现不同流明衰减速率、色漂过程的主要原因，同时存在某种热致LED光发射改变的机制会导致强散热能力灯具的初始衰减速率随应力水平增加而呈现固有的抛物线退化规律。. 本项目提出的LED灯具步进应力加速衰减试验方法在评估复杂结构的LED灯具系统可靠性方面具有重要参考意义和应用价值；同时，提出的基于表面温度测量及仿真分析的LED灯具寿命快速预测方法，为LED灯具产品的寿命预测提供了一种新的思路。研究成果对LED灯具的设计、制造、应用及可靠性评估提供了依据。