低環(huán)境要求使led的應(yīng)用范圍加大可靠的led芯片質(zhì)量將延長(zhǎng)led的使用壽命

　　摘要：介紹了led芯片壽命試驗(yàn)過(guò)程，提出了壽命試驗(yàn)條件，完善的試驗(yàn)方案，消除可能影響壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，保證了壽命試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。采用科學(xué)的試驗(yàn)線路和連接方式，使壽命試驗(yàn)臺(tái)不但操作簡(jiǎn)便、安全，而且試驗(yàn)容量大。

　　1、引言

　　作為電子元器件，發(fā)光二極管（LightEmittingDiode-LED）已出現(xiàn)40多年，但長(zhǎng)久以來(lái)，受到發(fā)光效率和亮度的限制，僅為指示燈所采用，直到上世紀(jì)末突破了技術(shù)瓶頸，生產(chǎn)出高亮度高效率的LED和蘭光LED，使其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到信號(hào)燈、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。隨著LED應(yīng)用范圍的加大，提高LED可靠性具有更加重要的意義。LED具有高可靠性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，需要通過(guò)壽命試驗(yàn)對(duì) LED芯片的可靠性水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)質(zhì)量反饋來(lái)提高LED芯片的可靠性水平，以保證LED芯片質(zhì)量，為此我司在實(shí)現(xiàn)全色系LED產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了 LED芯片壽命試驗(yàn)的條件、方法、手段和裝置等，以提高壽命試驗(yàn)的科學(xué)性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　2、壽命試驗(yàn)條件的確定

　　電子產(chǎn)品在規(guī)定的工作及環(huán)境條件下，進(jìn)行的工作試驗(yàn)稱為壽命試驗(yàn)，又稱耐久性試驗(yàn)。隨著led生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品的壽命和可靠性大為改觀，LED的 理論壽命為10萬(wàn)小時(shí)，如果仍采用常規(guī)的正常額定應(yīng)力下的壽命試驗(yàn)，很難對(duì)產(chǎn)品的壽命和可靠性做出較為客觀的評(píng)價(jià)，而我們?cè)囼?yàn)的主要目的是，通過(guò)壽命試驗(yàn)掌握LED芯片光輸出衰減狀況，進(jìn)而推斷其壽命。我們根據(jù)LED器件的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，最終規(guī)定了0.3×～0.3mm2以下芯片的壽命試 驗(yàn)條件：

　　●樣品隨機(jī)抽取，數(shù)量為8～10粒芯片，制成ф5單燈；

　　●工作電流為30mA；

　　●環(huán)境條件為室溫（25℃±5℃）；

　　●試驗(yàn)周期為96小時(shí)、1000小時(shí)和5000小時(shí)三種；

　　工作電流為30mA是額定值的1.5倍，是加大電應(yīng)力的壽命試驗(yàn)，其結(jié)果雖然不能代表真實(shí)的壽命情況，但是有很大的參考價(jià)值；壽命試驗(yàn)以外延片（外延片是指用外延工藝在襯底表面生長(zhǎng)薄膜所生片的單晶硅片。一般外延層厚度為2-20微米，作為襯底的單晶硅片厚度為610微米左右。

　　外延工藝：外延生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)50年代末60年代初，為了制造高頻大功率器件，需要減小集電極串聯(lián)電阻。生長(zhǎng)外延層有多種方法，但采用最多的是氣相外延工藝，常使用高頻感應(yīng)爐加熱，襯底置于包有碳化硅、玻璃態(tài)石墨或熱分解石墨的高純石墨加熱體上，然后放進(jìn)石英反應(yīng)器中，也可采用紅外輻照加熱。為了克服外延工藝中的某些缺點(diǎn)，外延生長(zhǎng)工藝已有很多新的進(jìn)展：減壓外延、低溫外延、選擇外延、抑制外延和分子束外延等。外延生長(zhǎng)可分為多種，按照襯底和外延層的化學(xué)成分不同，可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延；按照反應(yīng)機(jī)理可分為利用化學(xué)反應(yīng)的外延生長(zhǎng)和利用物理反應(yīng)的外延生長(zhǎng)；按生長(zhǎng)過(guò)程中的相變方式可分為氣相外延、液相外延和固相外延等。）生產(chǎn)批為母樣，隨機(jī)抽取其中一片外延片中的8~10粒芯片，封裝成ф5單燈器件，進(jìn)行為96小時(shí)壽命試驗(yàn)，其結(jié)果代表本生產(chǎn)批的所有外延片。一般認(rèn)為，試驗(yàn)周期為 1000小時(shí)或以上的稱為長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)。生產(chǎn)工藝穩(wěn)定時(shí)，1000小時(shí)的壽命試驗(yàn)頻次較低，5000小時(shí)的壽命試驗(yàn)頻次可更低。

　　3、過(guò)程與注意事項(xiàng)

　　對(duì)于LED芯片壽命試驗(yàn)樣本，可以采用芯片，一般稱為裸晶，也可以采用經(jīng)過(guò)封裝后的器件。采用裸晶形式，外界應(yīng)力較小，容易散熱，因此光衰小、壽命長(zhǎng)，與實(shí)際應(yīng)用情況差距較大，雖然可通過(guò)加大電流來(lái)調(diào)整，但不如直接采用單燈器件形式直觀。采用單燈器件形式進(jìn)行壽命試驗(yàn)，造成器件的光衰老化的因素復(fù)雜，可能 有芯片的因素，也有封裝的因素。在試驗(yàn)過(guò)程中，采取多種措施，降低封裝的因素的影響，對(duì)可能影響壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的細(xì)節(jié)，逐一進(jìn)行改善，保證了壽命試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。

　　3.1樣品抽取方式

　　壽命試驗(yàn)只能采用抽樣試驗(yàn)的評(píng)估辦法，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。首先，產(chǎn)品質(zhì)量具備一定程度的均勻性和穩(wěn)定性是抽樣評(píng)估的前提，只有認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量是均勻的，抽樣才具有代表性；其次，由于實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量上存在一定的離散性，我們采取分區(qū)隨機(jī)抽樣的辦法，以提高壽命試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。我們通過(guò)查找相關(guān)資料和進(jìn)行大量的對(duì) 比試驗(yàn)，提出了較為科學(xué)的樣品抽取方式：將芯片按其在外延片的位置分為四區(qū)，分區(qū)情況參見(jiàn)圖一所示，每區(qū)2～3粒芯片，共8～10粒芯片，對(duì)于不同器件壽 命試驗(yàn)結(jié)果相差懸殊，甚至矛盾的情況，我們規(guī)定了加嚴(yán)壽命試驗(yàn)的辦法，即每區(qū)4～6粒芯片，共16～20粒芯片，按正常條件進(jìn)行壽命試驗(yàn)，只是數(shù)量加嚴(yán)， 而不是試驗(yàn)條件加嚴(yán)；第三，一般地說(shuō)，抽樣數(shù)量越多，風(fēng)險(xiǎn)性越小，壽命試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)果越準(zhǔn)確，但是，抽樣數(shù)量越多抽樣數(shù)量過(guò)多，必然造成人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)，試驗(yàn)