浅析大功率LED照明应用产品的老化

摘要：以一种老化设备为例，说明了确定大功率LED老化参数的基本方法，并以实际数据确定了最佳的老化参数。

关键词：大功率LED  老化  色坐标  光通量

一  引言

随着大功率白光LED应用的推广，其应用范围越来越广泛。但由于原材料与工艺的影响，白光LED在使用中有一个核心的问题难以突破，即色差的问题。目前绝大多数的使用场合，都是很多LED放在一起使用，很明显的色差会影响光的一致性，从而使LED的使用受到限制。因此在使用前，必须对LED进行老化。

老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升性能，并有助于后期使用的性能稳定。

现在的问题有两点：

1. 如何确定大功率LED已经老化到位了？

2.老化参数的设置如何对应于产品性能的提高？

我们依据下图（老化时间与故障率的关系）来作为对以上两个问题的判断标准，即：在产品性能是否达到稳定来进行判断。

上图所示为著名的“浴盆”曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。最右部为耗损期，失效率急速升高。电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。

 二  设备支持

为对大功率LED产品进行老化，我们开发了一款老化设备。该设备提供一定的恒定电流，其值350mA±30mA，夹具部分能够在环境温度为0-70℃条件下长时间工作，并且其夹具为大功率LED提供良好的散热性能（在0-70℃内），可以提供易于取放大功率LED的工装夹具等。考虑到实际应用的方便，该套设备可以提供良好的可视效果，每套设备可以同时老化16路，48颗大功率LED。该设备有开路和不正常显示及短路保护功能。

老化设备散热器在设计之初，经过CAE计算，选用截面为301mm×51.5mm×150mm，翅片高度41.5mm，翅片厚度2mm。截面图如图二：

环境温度25℃时，该老化设备在满载情况下散热片的温升见图三：

环境温度70℃时，在强对流情况下，该老化设备在满载情况下散热片的温升见图四：

可见，环境温度70℃时，该老化设备在满载情况下，达温度平衡时散热片的温度为83℃，LED从芯片到底座的热阻为16℃ /W，从LED底座到散热其表面的热阻经测试约20℃ /W，由于LED芯片到散热器间的热阻是串联关系，芯片最高承受温度为125℃，据此推断，该散热器的设计是符合散热要求的，可以达到老化的目的。

据此计算数据，我们将48颗大功率LED放入到LED老化设备夹具中，将其放在55℃恒温箱中进行了老化。恒温箱内置风机，以使散热器温度和烘箱温度基本保持一致。老化后进行测试，通过数据来具体判断老化时间。

三  数据分析

试验中使用设备及参数如下：

温度：55 ℃

设备：中温烘箱、自制老化台

测试：远方积分球测试

样品：1w大功率白光led

数量：48 pcs

老化时间：按天累计

下面任挑一组数据：

为了观察方便，我们只选取重要的一些数据。

图五中数字表示开始的日期，单位是天（24小时）。从色坐标变化趋势来看，在老化进行2天，即48小时后，色坐标的变化范围缩小。

从图六中可见，在老化1天，即24小时后，白光光通量升高，然后随着老化时间的增长，光通量下降，老化到第三天后，光通量趋于稳定。在老化前期白光光通量升高的原因，我们认为主要是和制造工艺有关，或许与胶、粘结剂中的水分、挥发物、物质相互扩散、位错或杂质聚集或移动等有关。

光通量和色坐标是衡量LED的最重要的参数值之一。从数据我们得到如下结论：

1.对应于此老化设备，老化程度已经到位，已经基本使产品到了稳定工作区间；

2. 对光通量而言，老化3天后可以达到稳定状态，对于色坐标而言，老化2 天后可以使变化区间较小。

因此可以说，在合适的老化设备、合适的老化参数下，LED的性能可以得到有效的控制。其老化规律符合浴盆曲线。只要对LED连续老化16小时或者24小时，如果参数变化不大，可以认为已经度过早期故障期，那么就可以放心使用了。

四  结论

老化是LED产品生产所必需的一步，通过老化可以排除早期使用可能产生的故障，有利于产品性能稳定。但LED 的老化与老化设备的关系很大，针对特定的老化设备与LED，必须在保证充分散热的情况下，以试验来确定最佳老化时间。对于我们目前的老化设备与LED，老化2天（48小时）可以达到最佳效果。

参考文献

[1]  姚仲鹏 王瑞君   传热学   北京：北京理工大学出版社，2000

[2]  范宏昌  热学  北京：科学出版社 2003

[3]  马春雷，鲍超  一种高功率LED热阻的测试方法 光学仪器  2005，27[2]   13~17

作者简介：王劲（1976~），男，江苏南京人，硕士，主要从事LED研发、测试方面的研究工作。

  图略