LED產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)與應(yīng)用
本文主要站在LED制造者或使用者的立場來探討對(duì)應(yīng)不同的使用環(huán)境與場所，較具有效益的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目以及這些試驗(yàn)的基本原理，可做為制造者依據(jù)不同產(chǎn)品類別選擇較有效益的可靠性試驗(yàn)，也可作為平時(shí)生產(chǎn)抽樣檢驗(yàn)之用。
由于地球的能源不斷的減少，溫室效應(yīng)所造成的環(huán)境問題，也日趨嚴(yán)重，節(jié)能減排，降低溫室效應(yīng)以及減低資源的耗損速度等，成為人類共同的責(zé)任。近幾年LED隨技術(shù)與制程能力不斷提升，高亮度產(chǎn)品質(zhì)量與使用壽命提高后，逐漸擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域到做為室內(nèi)外照明燈源、LCD產(chǎn)品背光模塊、車用燈具組等較產(chǎn)品。再者，LED產(chǎn)品普遍具有體積小、省電、無毒性、光源具方向性、維修費(fèi)用低等的優(yōu)點(diǎn)，因而再度受到世人重視，產(chǎn)業(yè)因此成為一項(xiàng)重要的發(fā)展。
若以電子產(chǎn)品等級(jí)架構(gòu)Level 0～Level 3（注：L0～L3表示電子產(chǎn)品自晶圓制造、構(gòu)裝、上板組裝、系統(tǒng)成品等四階段）的觀點(diǎn)來看，LED產(chǎn)品則是自上游至下游均以其為命名主體。
由于產(chǎn)品的普及化與應(yīng)用范圍越來越廣泛，因而可靠性的要求得以受到重視。主要LED大廠均有一套獨(dú)立的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，本文主要站在LED制造者或使用者的立場來探討對(duì)應(yīng)不同的使用環(huán)境與場所，較具有效益的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目以及這些試驗(yàn)的基本原理，可做為制造者依據(jù)不同產(chǎn)品類別選擇較有效益的可靠性試驗(yàn)，也可作為平時(shí)生產(chǎn)抽樣檢驗(yàn)之用。
零件可靠性試驗(yàn)
LED零件結(jié)構(gòu)可概分為表面黏著型（SMD）與插件型（DIP）兩大類別。LED零件與一般IC封裝所使用材料不同，但結(jié)構(gòu)相近且較簡易。LED零件的主要可靠性試驗(yàn)可分為：可靠性試驗(yàn)預(yù)處理流程、環(huán)境壽命試驗(yàn)、焊錫性、耐熱性、靜電（ESD）等項(xiàng)目，并于試驗(yàn)前后以光學(xué)特性量測計(jì)算其光學(xué)特性衰退情形做為判斷基準(zhǔn)。依使用環(huán)境與區(qū)域不同，得以選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證。
可靠性試驗(yàn)預(yù)處理流程（Pre-conditioning）
預(yù)處理流程適用于SMD型LED，其目的系仿真LED零件在系統(tǒng)廠組裝過程，并且使用較嚴(yán)苛條件，迫使零件吸濕后進(jìn)行熱應(yīng)力試驗(yàn)，是執(zhí)行LED零件可靠性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)前處理作業(yè)流程。5cycle溫度循環(huán)試驗(yàn)（圖一）目的是模擬使用前包括運(yùn)輸或篩選任何可能的早夭風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過高溫烘烤后（Baking）再將零件置入濕氣環(huán)境中，一般吸濕條件對(duì)SMD型LED來說通常采用Level 3做為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)戶外使用與高可靠性需求的LED零件則采Level 1做為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。說明如圖一所示。
《圖一 SMD零件預(yù)處理流程》
環(huán)境壽命試驗(yàn)（Environmental Life Test）
環(huán)境壽命試驗(yàn)是LED零件可靠性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目。透過溫度、濕度、電流等組合進(jìn)行產(chǎn)品壽命加速失效仿真，常用項(xiàng)目與原理如下：
高溫點(diǎn)亮壽命試驗(yàn)（HTOL）
由于LED散熱問題，零件本身的長時(shí)間高溫點(diǎn)亮即是采加速應(yīng)力模式以仿真實(shí)際使用情形，并觀察其亮度衰減率以估算產(chǎn)品壽命值。高溫壽命加速試驗(yàn)是zui典型的壽命實(shí)證方法之ㄧ，以阿瑞尼亞士方程式（Arrhenius’ Law）來估算產(chǎn)品活化能以計(jì)算高溫加速因子。下述為阿瑞尼亞士方程式的基本型，圖二則為活化能 Ea的推估方法。
《公式一 阿瑞尼亞士方程式》
溫度循環(huán)試驗(yàn)是對(duì)于經(jīng)常性開關(guān)機(jī)或環(huán)境日夜溫度變化大的場所（特別是戶外使用的產(chǎn)品）所進(jìn)行的高溫與低溫循環(huán)加速型試驗(yàn)，目的是利用零件材料熱膨脹系數(shù)不匹配，對(duì)零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞效應(yīng)。另可使用溫度循環(huán)通電試驗(yàn)（PTC），屬于動(dòng)態(tài)仿真，除了溫度變化應(yīng)力外還加入的電源點(diǎn)滅因子，對(duì)LED零件的可靠性驗(yàn)證效益頗大，但執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)須設(shè)計(jì)測試電路板。
《圖二 活化能估算圖》
溫度循環(huán)試驗(yàn)（TCT）
耐濕性循環(huán)通電試驗(yàn)（Moisture Resistance Test）
多數(shù)LED產(chǎn)品的零件為外露設(shè)計(jì)，須直接承受外部溫、濕影響，尤其是對(duì)使用于濕熱帶區(qū)域環(huán)境因?yàn)榱慵牧衔账畾馀c水氣凝結(jié)等效應(yīng)，在長期使用下造成零件腐蝕損壞。溫濕度循環(huán)試驗(yàn)可加速氧化腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，常用試驗(yàn)曲線如圖三。
《圖三 耐濕試驗(yàn)溫濕循環(huán)曲線》
穩(wěn)態(tài)溫濕偏壓試驗(yàn)（THB）
不同于耐濕性循環(huán)通電試驗(yàn)，此試驗(yàn)所提供的是一個(gè)穩(wěn)態(tài)測試環(huán)境，對(duì)于SMD零件較適用，透過提供高溫高濕與偏壓，以加速使得水氣經(jīng)由保護(hù)外層或結(jié)合接口穿透滲入零件內(nèi)部，此試驗(yàn)屬于較緩和的長期老化試驗(yàn)。
耐熱性試驗(yàn)（Heat Resistance Test）
LED DIP構(gòu)裝在市場上仍占有一定比例，且多為價(jià)格昂貴的高功率產(chǎn)品，系統(tǒng)組裝多采波焊（Wave Soldering）作業(yè)，故此類零件不能套用SMD型組件的預(yù)處理流程驗(yàn)證，而是使用浸錫法（Solder Dip）260±5℃沉浸10秒鐘，以仿真波焊過程中零件與焊錫瞬間接觸所產(chǎn)生的熱沖擊的忍受力。
焊錫性試驗(yàn)（Solderability Test）
焊錫性試驗(yàn)有數(shù)種手法，需依照LED零件的構(gòu)裝方式選定。焊錫性試驗(yàn)除可確保零件焊接點(diǎn)鍍層質(zhì)量，也可保證在成品組裝過程中的焊點(diǎn)結(jié)合質(zhì)量。此外，沾錫天平（Wetting Balance）則可用來評(píng)估零件腳與錫的潤濕反應(yīng)速度，以評(píng)估使用的風(fēng)險(xiǎn)或做為組裝條件修正的操考。典型的沾錫天平圖如圖四所示，判定重點(diǎn)為t1與t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)。
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