项目2LED照明产品可靠性加速测试与分析_企业项目汇报会ppt课件

1、工程2LED照明产品可靠性加速测试与分析半导体照明结合创新国家重点实验室筹2021年5月企业工程汇报会1. 研讨背景v全球照明产业展望v全球SSL产品市占率预期将在2020到达60%以上v在各运用领域，预期SSL将大幅度的降价v但是，SSL的产品普及除了需求价钱降低外，另外需求经由质量与可靠性的验证，以建立运用者对于SSL产品的自信心v目前SSL产品的可靠性并未全面性的了解，并且该实验方法也没有适当的建立v在美国能源部所制定的多年度SSL开展规划：v在2020之前，开展出一套用於SSL系統寿命估计的软件， 误差度到达10%之内，包括测试方法与模型等。v本工程与美国能源部的可靠性工程同步进展限国

2、家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨背景v SSL 产品虽包括光源与电源，但是其可靠性却不是光源与电源的1+1=2组合，他们的相互影响是必需求思索的。v SSL产业对于产品可靠性的需求v 加速可靠性测试方法与规范v 产品可靠性预测模型与方法v 户内/户外半导体照明产品通常接受多种负载，包括：v 过高或低的环境温度v 湿度v 热或电力循环(Cycling)v 电流/电压变化或电力中断(停电)v 紫外辐射v 机械震动/冲击v 其他(包括：风、盐等)限国家重点实验室企业集资共性工程运用 24 hour / 7 day burn inDesign/Fabrication TestingRMATest

3、/AssemblyExtended Life TestLeak/Moisture Testv子工程一：可靠性加速实验方法研讨v 经过一系列的可靠性测试，确定元件或子系统的关键/能够的失效方式与缘由，建立初步的加速可靠性测试方法v子工程二：系统评价软件开发v 建立一套快速的系统可靠性估算方法(原理)，可以科学的预估灯具系统的寿命，指出导致灯具失效的关键部件与失效缘由，开发具有良好运用者界面的可靠性估算软件的框架构造v子工程三：可靠性测试设备开发v 研制多负载可靠性测试设备样机工程组织：樊学军、许绍伟、袁长安工程管理：赵璐冰加速实验和系统软件(TUD)可靠性设备(长光所)限国家重点实验室企业集资共

4、性工程运用 子工程一：可靠性加速子工程一：可靠性加速实验实验方法研方法研讨讨限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨道路v 第一轮 灯具摸底实验v 对于国内与国外大厂的产品进展摧毁性的Hammer Testv 要对中国SSL产品的可靠性有一个全面的认识v 本实验与美国DoE的实验进程是同步的v 为第二轮实验提供强有力的数据根底v 第二轮 电子驱动模块加速实验v 藉由多负载(温度、湿度、电压动摇等)，获得模块与元件的加速测试因子v 未子工程2可靠性模型提供数据库v 为可靠性实验规范化提供根底研讨限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 灯具摸底实验 (1)v Hammer test 条

5、件v 预烧70C, 72hrv 热循环/冷热冲击：-40C-100C, 100 cycles, (15 mins -40C, 60 mins 100C, 15 mins change time), 非任务形状v 高温高湿：双85 (RH/C) 继续100 hrs，任务形状v 从一个应力转移到另一个应力前，每个样品都进展光电测试v 延续交替直到样品失效v 失效断定：v 以光通量降低到初始值的70%作为失效判据。总光通量，相关色温，和色坐标经过校准后的积分球来测试，规范测试方法IES LM-79-08限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容:灯具摸底实验 (2)v 样品选择：v 各厂家产品按

6、照国家实验室的要求方法测试自家产品以及与厂家产品相关的国外大厂产品(以自国外渠道购得、并以发送给企业)v 包括：飞利浦、Creev 测试样品需求满足 “没有知设计缺陷的可靠消费线 产品v 关注的运用产品:v 球泡灯v PARv LED灯管v 筒灯国产筒灯飞利浦4筒灯飞利浦7W球泡灯限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容:灯具摸底实验 (3)v 进度：部分企业曾经报答部分结果，企业的实验仍在进展中v 结果:v 部分产品在3-5个循环后已失效v 失效方式有：v 光源与光源与PCB焊接点v 其他资料破坏v 电子驱动破坏v v 初步数听阐明部分产品失效属于质量问题。反射片变形LED烧坏正常LE

7、D限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 灯具摸底实验 (4)讨论：搜集各企业的测试数据一切的讯息都将反响给国家实验室，并删去敏感讯息与公司产品讯息，并且与参与企业集资共性工程成员分享。跟实验报告将包括国内厂家产品与国外大厂同类产品的实验结果。估计本阶段任务于5月底终了。限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 电子驱动模块加速实验 (1)v 背景：普通以为电子驱动失效是SSL灯具失效的主要缘由之一。v 目的：v 以电子驱动模块为入口，设计加速实验方法，获得加速因子v 藉由多负载(温度、湿度、电压动摇等)，除量测电子驱动模块的电学输出外，并与设计光模块相接后量测其光质量(光强

8、、光色、光闪烁等)参数。v 为可靠性实验规范化提供根底研讨v 实验执行时间：2021 Q2-Q4 限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 电子驱动模块加速实验 (2) 实验方案限国家重点实验室企业集资共性工程运用 以电解电容为入口，开展加速验方法并定义加速因子热循环高温高湿电压研讨内容: 电子驱动模块加速实验 (3)v 元件级别加速测试：v 实验架设：v 把关键元件独立出来，放到可控温、控湿的箱体，并实时量测元件温度v 将该元件与总体驱动电路相衔接v 负载v 个体元件上施以高温高压加速v 总体驱动电路以电压与过高压加速v 量测：v 电参数：实时量测LED电流均值、Current ri

9、pple。非实时量测该元件之等效电压、电感与电容值的量测。v 热参数：实时量测元件接脚温度v 光参数: 以特定间隔，把该驱动电路与光模块衔接，量测光衰、光色、光闪烁限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 电子驱动模块加速实验 (4)v 输入/出参数v 本实验有多输入与多输出，由于这些输入/输出接与元件或模块的可靠性相关。v 以电解电容的热输入来说：不同的电容对于一样的温度下的可靠性也不同。v 以驱动模块的电输出量测来说，电流均值(Mean current)与Current ripple 与光输出相关。限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨内容: 电子驱动模块加速实验 (5)v 工

10、程落实v 选择驱动模块：v 没有知设计缺陷的可靠产品: 该模块可以经过Hammer Test，没有显著的质量问题。v 具有普遍应意图义。v 相对应的光模块规格?v 落实实验方案v 本实验的负载相对复杂，需求大量高级人力v 国家实验室(包括半导体所、常州实验室) 担任实验设计、实验夹具设计、实验架设；国家实验室与企业担任量测限国家重点实验室企业集资共性工程运用 子工程二：系子工程二：系统评统评价价软软件开件开发发限国家重点实验室企业集资共性工程运用 研讨背景研讨背景(1)(1)缺乏一个系统可靠性估算方法LED灯具的寿命基于一个LED芯片在25C的光衰系统失效LEDs 失效每个部件都会展现各自不同

11、的失效方式这些失效方式相互影响，加速整个系统的失效现有的系统可靠性模型没有所需的多面性来处置 SSL 系统的复杂性普通采用传统的试错法,这种方法明显地具有费用高、时间长，以及可靠性低等缺陷美国能源部MYPP方案中也建议建立系统可靠性估算方法本工程和美国能源部MYPP方案时间表是同步的樊学军教师是美国能源部可靠性联盟的成员之一飞利浦照明所采用的系统可靠性评价的方法 利用以下的方法来分解系统 确定关键部件的失效机理 运用系统条件以及在假设独立的子系统条件下，推导出各子系统的可靠性规范 经过蒙特卡罗方法预测的系统缺点组件失效分布这方法有个很局限性这方法有个很局限性的假设，那是子系统的假设，那是子系统

12、失效机理是相互独立失效机理是相互独立的的研讨背景研讨背景2 2快速灯具系统可靠性估算方法快速灯具系统可靠性估算方法开展一套快速的系统可靠性估算方法与软件，在思索众多且复杂的失效方式下，可以科学的：在灯具设计阶段即可预估灯具系统的寿命，同时指出导致灯具失效的最关键部件。本工程预估建立相关实际根底与关键部件可靠性资料库完成一套Web-based的、具良好运用者介面的可靠性估算软件。运用者运用者1 1运用者运用者2 2运用运用者者3 3运用者运用者4 4网络网络新新的的资资料料或或算算法法研讨道路研讨道路(1)(1)：系统可靠性预估方法：系统可靠性预估方法云端资料库云端资料库研讨道路研讨道路(2)(

13、2)：系统可靠性预估方法：系统可靠性预估方法建立各子系统的失效规范分析与研讨重要部件的失效方式建立部件失效资料库需求一个系统的整理任务实际建立：思索子系统的不同失效方式的相互影响下，综合以下3种统计学模型，以便开发新的可靠性模型失效树定义各个失效方式与系统失效的关系贝叶斯网络根据失效树综和计算各个子失效机率以得出系统失效机率失效模式1 失效模式2 子系统失效机率 失效模式3 系统失效机率 马尔可夫链定义各个失效机率与时间的关系，计算在特定时间马尔可夫链定义各个失效机率与时间的关系，计算在特定时间下的部件失效机率下的部件失效机率系统可靠性光源的失效驱动的失效电解电容 1多个 LED电解电容 2L

14、umenProbExpected output目前没有这方面的数据(T,t)Lumen(?)Prob研讨道路研讨道路(3)(3)：系统可靠性预估方法：系统可靠性预估方法研讨内容研讨内容(1)(1)：系统可靠性预估软件：系统可靠性预估软件For 32 LEDs at 100hrs系系统统可靠性可靠性预预估估软软件的界面件的界面(LED 1)32 颗LEDs 在 100kHr预估流明的分布与时间的预估流明的分布与时间的变化变化32 颗LEDs 在 10kHr32 颗LEDs 在 50kHr研讨内容研讨内容(2)(2)：系统可靠性预估软：系统可靠性预估软件件(LED 1)4 颗LEDs 在100kH

15、r8颗LEDs 在100kHr16颗LEDs 在100kHr32颗LEDs 在100kHr预估多个预估多个LED的流明的的流明的分布与时间的变化分布与时间的变化研讨内容研讨内容(3)(3)：系统可靠性预估软：系统可靠性预估软件件4颗LEDs32颗LEDs64颗LEDs预估拥有多个颗预估拥有多个颗LED的系统可的系统可靠性靠性研讨内容研讨内容(4)(4)：系统可靠性预估软：系统可靠性预估软件件预估多种预估多种LED的系统可靠性的系统可靠性LEDs ALEDs B研讨内容研讨内容(5)(5)：系统可靠性预估软件：系统可靠性预估软件预估多种部件预估多种部件组合的系统可组合的系统可靠性靠性焊点 B,驱

16、动 A焊点 A, 驱动 A焊点 A,驱动 B驱动A可靠性驱动B焊点 A可靠性焊点B研讨内容研讨内容(6)(6)：系统可靠性预估软：系统可靠性预估软件件任务依然在进展中任务依然在进展中研讨内容研讨内容(7)(7)：系统可靠性预估软：系统可靠性预估软件件求解反问题 系统诊断功能基于最终失效方式，对其逆问题进展实际分析，以便点出导致灯具失效的最关键的几种部件研讨内容研讨内容(8)(8)：求解反问题：求解反问题系统失效机率光源的失效LED1 灾难性失效LED 1 流明低于70%焊点的失效驱动的失效电解电容的失效下部分任务下部分任务 开发web-based的界面 程序调试并且将软件更完好化 经过整合课题

17、1的数据，建立驱动部件可靠性资料库 开发系统缺点诊断功能子工程三：可靠性子工程三：可靠性测试设备测试设备开开发发限国家重点实验室企业集资共性工程运用 设备研制设备研制2021.05.1120122012年年任务内容时间节点研究内容和考核指标（红色字体已完成）任务一：任务一：提出设备指标提出设备指标1月1、由联合创新实验室、测试方法研究人员提出设备指标（张国旗老师已提供初步指标）2、签订设备研制协议3、制定设备研制可行方案（正在进行中）2月任务二任务二：收集常规测试方法、收集常规测试方法、规程及相关标准规程及相关标准2月1、收集企业现有LED产品常规测试方法、测试对象包括LED器件、模组和灯具（

18、勤上、雷曼、雷士、国星等）2、收集企业LED测试的标准（勤上、雷曼、雷士、国星等）3月任务三、收集测试数据3月1、收集企业现有LED常规测试数据2、收集企业LED可靠性加速测试数据4月任务四、购置设备材料4月购置设备所需的材料任务五：研制设备4月设计设备4月8月加工设备9月10月组装、装调设备11月12月定标、调试设备设备雏形设备雏形设备的外型尺寸：175020002550(mm) 内部任务室尺寸：100014801500(mm)已完成任务一、技术目的已完成任务一、技术目的Temperaturerange-50oCTo150oCMintemperature-50oCMaxtemperature

19、150oCThermalramprate2oC10oC/minaverageHumidityrange20%To95%CoolingLN2Vibrationrmsrange5-100grms(BareTable)RepetitiveRandomShockBroadband6DoF(3axis/3rotational)Currentswingrange0.5%+5mATablecapacity150kgUVrange313,330,340,354nmSource:FluorescentlampPowerrequirements380V，400V，440V，480V3 50/60Hz80A(Ser

20、viceRating)IntegratedsphereDiameter:80,100,150,200mmWavelengthrange:3502200nmWavelengthresolution:2nmFluxresolution:3%+1lmColortemperatureresolution:2KChromaticitycoordinatesresolution:0.001已完成任务二、搜集常规测试方法、规程及相关规范已完成任务二、搜集常规测试方法、规程及相关规范 目前，我们已搜集了部分企业的常规测试和加速测试方法、规程及相关规范。其中包括：勤上、雷曼、雷士、国星等LED企业。类别实验项目

21、参考标准实验条件时间样品数判据环境实验温度循环JEITA ED-4701 100 105-40251002530 mins, 5 mins, 30 mins, 5 mins循环100次220/22冷热冲击MIL-STD-202G-40(15min)100(15min)循环200次220/22耐湿热循环JEITA ED-4701 200 2032565 ，90%RH 24hrs./1cycle循环10次220/22高温储存JEITA ED-4701 200 201Ta：1001000h220/22低温储存JEITA ED-4701 200 202Ta：-401000h220/22高温高湿储存JE

22、ITA ED-4701 100 103Ta：60，RH：90%1000h220/22盐雾试验JESD22 A107-B6.07.5 PH值，3548h220/22 寿命实验常温寿命试验JESD22-A108DTa=25IF(单芯片): 20mAIF(RGB):R=20mA,G=15mA,B=15mA1000h220/22高温寿命JESD22-A108DTa=80IF(单芯片): 15mAIF(RGB):R=20mA,G=15mA,B=15mA1000h220/22低温寿命JESD22-A108DTa=-40IF(单芯片): 15mAIF(RGB):R=20mA,G=15mA,B=15mA1000h