湿热条件下LED灯具失效模式和失效机理研究

摘要

随着节能减排的浪潮,发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)灯具以其节能、环保、寿命长等优点逐步进入通用照明、景观照明及舞台照明等领域。在其探索与应用的过程中,常会遇到如高温、潮湿、震动等恶劣的环境。各种可靠性问题,如光通量衰减、色坐标漂移、色温变化和死灯现象,严重阻碍了LED灯具的推广应用。本文针对10W LED射灯非驱动部分的可靠性问题展开了以下研究:
　　1、为了监测LED灯具退化过程中伪结温的变化,首先研究LED灯具数字电压表伪结温测量方法,并验证其可行性。通过试验数据具体探讨了其准确度、误差补偿及适用范围几个问题。
　　2、为了探讨LED灯具在湿热加速试验中的应力极限及关键失效模式,利用控制变量法开展了一系列试验。首先,对同种LED灯具样品进行步进温度高加速寿命试验及恒湿步进温度高加速寿命试验,对比分析了湿度存在对同一种LED灯具工作时产生的失效模式及其程度。其次,对比分析了两种不同LED射灯在相同的湿热老化环境下光色参数、电参数及热阻值的变化差异。
　　3、为了研究LED透明灌封硅胶退化对LED灯具退化的主要影响类型以及其程度,以样品类型作为变量,保持其余环境应力不变,分别对LED射灯和相应的LED透明密封硅胶进行相同的老化试验,对比其单位面积造成的光色参数退化差异。
　　4、为了通过失效分析给出能够提高LED灯具可靠性的建议,运用实验推理方法,通过高加速寿命试验、失效分析、有限元模拟及查阅文献的结果,深入分析可能造成样品失效或退化的原因。
　　研究结果表明:①只要对测量结果进行合理补偿(本文为10℃),数字电压表结温测量方法可以被应用于LED灯具伪结温的测量,并可以用于监测LED灯具老化过程中与热路径、电性能有关的退化;②在湿热高加速寿命试验中,LED灯具的色坐标、色温、光通量的退化速度都明显高于其在热高加速寿命试验中的速度,固湿热应力加速方法更适用于LED灯具的可靠性研;③在不考虑灯罩和驱动的情况下, LED灯具加速可靠性试验温度应力极限可以达到125℃,这个温度区间既能够保证 LED灯具迅速发生退化,又能够避免新的失效机理形成;④在热、湿热两种加速老化过程中发生的失效模式有透镜开裂、灯罩裂纹、荧光粉及支架变色,失效原因与热失配、清洗工艺不良、散热不良有关;硅胶退化对LED灯具光参数退化的影响主要体现在色坐标漂移;⑤提高LED灯具可靠性措施包括:优选界面导热材料以改善散热;选择热匹配材料以减小应力;改善清洗工艺以减少变色、沾污等造成的失效。
　　本文明确了造成LED灯具失效或退化的原因,能够为LED灯具可靠性的提高给出有针对性的改进建议;并为LED灯具可靠性试验的设计提供一定的依据,在应力水平及失效判据的选取等方面都具有一定的指导意义。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 课题研究背景及意义

§1.3 课题国内外研究现状

§1.4 课题研究思路及技术路线

§1.5 课题研究内容

§1.6 本章小结

第二章 LED灯具失效分析及可靠性研究理论基础

§2.1 热、湿传递理论基础

§2.2 结温和热阻

§2.3 失效分析方法及流程

§2.4 LED灯具可靠性试验指标及方法

§2.5 本章小结

第三章 LED灯具伪结温测量方法与应用研究

§3.1 伪结温测量研究在LED灯具可靠性研究中的背景及意义

§3.2 LED结温测量原理

§3.3 LED灯具伪结温数字电压表测量方法设计及可行性验证

§3.4 LED温度电压敏感系数随老化过程漂移的研究

§3.5 本章小结

第四章 LED灯具湿热高加速寿命试验及失效分析

§4.1 试验设计

§4.2 试验结果及分析

§4.3 有限元模拟结果综合分析

§4.4 本研究对LED灯具可靠性试验设计的指导意义

§4.5 本章小结

第五章 LED灌封硅胶湿热高加速寿命试验及失效分析

§5.1 试验设计

§5.2 试验结果及分析

§5.3 提高LED灯具可靠性的措施

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 创新点

§6.3 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果