CN103293461B - Led加速老化试验最佳测试温度的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了LED加速老化试验最佳测试温度的确定方法，包括（A）实施光模块变温实验，测量并得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数；（B）得到使加速因子取最大值的测试温度满足的方程；（C）将步骤(A)得到的数学函数带入步骤（B）给出的方程，得到最佳测试温度和相应的测试时间。本发明最佳的测试温度对应的加速因子可以取得最大值，在此温度上进行实验，其测试时间实际上远远低于在标准规定的温度下进行测试所需的时间，测试时间往往只有原来的测试时间的5%左右，极大地缩短了测试时间。

Description

LED加速老化试验最佳测试温度的确定方法
技术领域
本发明涉加速寿命试验领域的实验方法，具体是指LED加速寿命试验最佳测试温度的确定方法。
背景技术
加速寿命试验的统一定义最早由美罗姆航展中心于1967年提出，加速寿命试验是在进行合理工程及统计假设的基础上，利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的信息进行转换，得到产品在额定应力水平下的特征可复现的数值估计的一种试验方法。简言之，加速寿命试验是在保持失效机理不变的条件下，通过加大试验应力来缩短试验周期的一种寿命试验方法。加速寿命试验采用加速应力水平来进行产品的寿命试验，从而缩短了试验时间,提高了试验效率,降低了试验成本。进行加速寿命试验必须确定一系列的参数，包括(但不限于)： 试验持续时间、样本数量、试验目的、要求的置信度、需求的精度、费用、加速因子、外场环境、试验环境、加速因子计算、威布尔分布斜率或β参数(β < 1表示早期故障，β > 1 表示耗损故障) 。用加速寿命试验方法确定产品寿命，关键是确定加速因子，而有时这是最困难的，一般用以下两种方法：1、现有模型，现有模型有：Arrhenius模型、Coffin2Manson模型和Norris2Lanzberg模型等，使用现有模型比用试验方法来确定加速因子节省时间，并且所需样本少，但不是很精确，且模型变量的赋值较复杂；2、通过试验确定的模型(需要大量试验样本和时间) ，若没有合适的加速模型，就需要通过试验导出加速因子，先将样本分成3个应力级别：高应力、中应力、低应力，定试验计划确保在每一个应力级别上产生相同的失效机理，这是确定加速因子较精确的方法,但需要较长的时间和较多样本。
在现有的加速寿命试验中，主要有以下不足：《通信设备用的光电子器件的可靠性通用要求（GB/T 21194）》中规定了发光二极管的加速寿命试验要在测试温度85℃下测试5000h，测试时间较长；现有的加速寿命试验一般认为工作电流是恒定的，测试温度越高，进行加速寿命试验所需的时间越小，即是不存在一个最佳的测试温度使得加速寿命试验所需的测试时间达到最小。
发明内容
本发明的目的在于提供LED加速老化试验最佳测试温度的确定方法，可以使得加速寿命试验所需的测试时间达到最小。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
LED加速寿命试验最佳测试温度的确定方法，包括以下步骤：
（A）实施光模块变温实验，测量并得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数；
（B）得到使加速因子取最大值的测试温度满足的方程；
（C）将步骤(A)得到的数学函数带入步骤（B）给出的方程，得到最佳测试温度和相应的测试时间。
《通信设备用的光电子器件的可靠性通用要求（GB/T 21194）》标准中规定了在高温下进行加速寿命试验的标准加速温度为85℃，需要测试5000h。目前的加速寿命试验中一般认为工作电流是恒定的，而申请人经过对SFP光模块进行变温实验发现工作电流是随温度变化的曲线，因此根据工作电流与温度的变化关系，来确定出LED加速寿命试验最佳测试温度，以加速因子为代价函数，利用阿伦尼斯模型和电流-温度关系，最终得到最佳测试温度和进行SFP光模块加速寿命试验所需的最小时间，以解决标准要求测试时间较长的问题。
具体地讲，所述步骤（A）包括以下步骤：
(A1)选取样品，对同一批次的SFP光模块进行随机抽样，样品数量不少于8个；
(A2)对步骤（A1）抽取的样品实施变温实验，利用光模块性能测试装置采集样本中LED器件的工作电流；
(A3)多次重复步骤（A2）所述变温实验，整理数据得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数，用以下分段函数表示：
     
其中，If为工作电流, Tj为任意加速温度对应的结温，α为最大工作电流，T1为第一个过零点对应的结温，T2为工作电流上升终点对应的结温，T3为工作电流下降起点对应的结温，T4为第二个过零点对应的结温，α>0，且。
LED是SFP光模块的核心器件，其输出光功率P的衰减是随通电工作时间t变化的慢退化过程,可表示成指数关系：
其中，β为退化系数。根据阿伦尼斯模型，退化系数β与任意温度下PN结的结温有以下关系：
其中，为常数；k为波耳兹曼常数；为激活能，一般取0.5eV；为工作电流。通常定义在结温下LED器件输出光功率P下降到初始值的50%时所需的时间为LED器件在结温下的使用寿命，以表示。因此，寿命L与PN结的结温有以下关系：
以表示正常工作温度条件下寿命，其相应退化系数为，PN结的结温为；表示加速温度条件下的寿命,相应的退化系数为，PN结的结温为。   
在目前的加速寿命试验中一般认为工作电流是恒定的，因此，正常工作温度条件下的寿命与加速温度条件下的寿命有以下关系：
其中，为加速因子，由于在加速寿命试验中，由上式可以知道，在加速温度条件下的寿命小于正常工作温度条件下的寿命，因此可以缩短试验时间，同时，加速因子越大，加速寿命试验所需的时间越少。    本发明中步骤（A）是将测试过程中得到的温度、电流离散值进行模拟，并以数学模型的形式表示出来，可以用于后续的方法步骤中，从而得出最终的最佳测试温度。
具体地讲，所述步骤（B）包括以下步骤：
（B1）根据步骤（A3）测量得到的工作电流与温度变化的曲线，加速因子的计算公式变为：
 
上式中，为加速因子，表示正常工作温度条件下PN结的结温；表示加速温度条件下PN结的结温，表示正常工作温度条件下的电流；表示加速温度条件下的电流；
（B2）利用加速因子τ对求导数，并令结果为零，得到最佳测试温度方程：
  
该式中，k为波耳兹曼常数，为激活能， If为工作电流。
申请人发现，当加速因子τ取最大值时可以最大限度的缩短进行加速寿命试验所需的时间，因此，加速因子取最大值对应的温度为最佳测试温度；使加速因子τ取最大值的测试温度需要满足两个条件：τ对的一阶导数为0，τ对的二阶导数为负，因此，利用加速因子τ对求导数，并令结果为零，就可以得到最佳测试温度方程。
具体地讲，所述步骤（C）包括以下步骤：
   （C1）将步骤（A3）得到的函数求解一阶导数，其值为工作电流与温度的关系曲线的斜率，在之间时，曲线的斜率为正数；在之间时，曲线的斜率为零；在之间时，曲线的斜率为负数；
（C2）将步骤（C1）获得的斜率带入步骤（B2）得到的最佳测试温度方程，并求解，当在之间时，方程无解；当在之间取值时，；
   （C3）确定最佳测试温度，当时，不在之间时，最佳测试温度的结温为；当时，且在之间时，最佳测试温度的结温为。
当计算得到最佳测试温度后，可以利用步骤（B1）得到的加速因子公式，得到最佳测试温度下的加速因子；利用最佳测试温度对应加速因子与标准测试温度下加速因子的比值，计算最佳测试温度下所需的测试时间。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明LED加速老化试验最佳测试温度的确定方法，申请人在对LED加速老化实验时经过长期的观察发现了现有的测试方法存在的问题，提出了存在一个最佳的测试温度使得加速寿命试验所需的测试时间达到最小的观点，并根据大量离散的数据进行分析，采用将离散的电流-温度进行数据处理后形成数学模型，根据数学模型计算得到的最佳温度。经反复测试实验，申请人发现最佳的测试温度对应的加速因子可以取得最大值，在此温度上进行实验，其测试时间实际上远远低于在标准规定的温度下进行测试所需的时间，测试时间往往只有原来的测试时间的5%左右，极大地缩短了测试时间。
附图说明
图1为本发明实施例中测试得到的电流与温度关系曲线图；
图2为本发明加速因子τ与测试温度的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明LED加速老化试验最佳测试温度的确定方法，在安华高HFBR-57E5APZ的产品测试中进行，按照以下步骤进行：
（A1）选取样品，对同一批次的SFP光模块进行随机抽样，样品数量为8个；
（A2）对步骤（A1）抽取的样品实施变温实验，利用光模块性能测试装置采集样本中LED器件的工作电流；
（A3）多次重复步骤（A2）所述变温实验，整理数据得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数，用以下分段函数表示：
     
其中， Tj为结温、If为工作电流， 。
（B1）根据步骤（A3）测量得到的工作电流与温度变化的曲线，加速因子的计算公式为：
 
上式中，为加速因子，表示正常工作温度条件下PN结的结温；表示加速温度条件下PN结的结温，表示正常工作温度条件下的电流；表示加速温度条件下的电流；
（B2）利用加速因子τ对求导数，并令结果为零，得到最佳测试温度方程：
  
该式中，k为波耳兹曼常数，为激活能， If为工作电流；
   （C1）将步骤（A3）得到的函数求解一阶导数，其值为工作电流与温度的关系曲线的斜率，在之间时，曲线的斜率为正数；在之间时，曲线的斜率为零；在之间时，曲线的斜率为负数；
（C2）将步骤（C1）获得的斜率带入步骤（B2）得到的最佳测试温度方程，并求解，当在之间时，方程无解；当在之间取值时，；
   （C3）确定最佳测试温度，由于，不在之间时，最佳测试温度的结温为。由于结温和SFP光模块的外壳温度相差大约10℃，因此最佳测试温度应选择为 。
当测试完得到最佳测试温度后，可以利用步骤（B1）得到的加速因子公式，得到最佳测试温度下的加速因子为171；利用最佳测试温度对应加速因子与标准测试温度下加速因子的比值，计算测试时间；下表为几种不同环境温度对应的加速因子和测试时间：
本发明确定的最佳测试温度（160℃）下进行SFP光模块加速寿命试验所需时间为259h，约为标准测试温度（85℃）下5000小时的5%，极大地减少了测试时间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.LED加速寿命试验最佳测试温度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）实施光模块变温实验，测量并得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数；
（B）得到使加速因子取最大值的测试温度满足的方程；
（C）将步骤(A)得到的数学函数带入步骤（B）给出的方程，得到最佳测试温度和相应的测试时间；
所述步骤（A）包括以下步骤：
(A1)选取样品，对同一批次的SFP光模块进行随机抽样，样品数量不少于8个；
(A2)对步骤（A1）抽取的样品实施变温实验，利用光模块性能测试装置采集样本中LED器件的工作电流；
(A3)多次重复步骤（A2）所述变温实验，整理数据得到工作电流与温度的关系曲线，并拟合成数学函数，用以下分段函数表示：
     
其中，If为工作电流, Tj为任意加速温度对应的结温，α为最大工作电流，T1为第一个过零点对应的结温，T2为工作电流上升终点对应的结温，T3为工作电流下降起点对应的结温，T4为第二个过零点对应的结温，α>0，且；
所述步骤（B）包括以下步骤：
（B1）根据步骤（A3）测量得到的工作电流与温度的关系曲线，加速因子的计算公式变为：
 
上式中，为加速因子，表示正常工作温度条件下PN结的结温；表示加速温度条件下PN结的结温，表示正常工作温度条件下的电流；表示加速温度条件下的电流，k为波耳兹曼常数，为激活能；
（B2）利用加速因子τ对求导数，并令结果为零，得到最佳测试温度方程：
  
该式中，If为工作电流。
2.根据权利要求1所述LED加速寿命试验最佳测试温度的确定方法，其特征在于，所述步骤（C）包括以下步骤：
   （C1）将步骤（A3）得到的函数求解一阶导数，其值为工作电流与温度的关系曲线的斜率，在之间时，曲线的斜率为正数；在之间时，曲线的斜率为零；在之间时，曲线的斜率为负数；
（C2）将步骤（C1）获得的斜率带入步骤（B2）得到的最佳测试温度方程，并求解，当在之间时，方程无解；当在之间取值时，方程的解为；
   （C3）确定最佳测试温度，当，不在之间时，最佳测试温度为；当，且在之间时，最佳测试温度为。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104317215B (zh) * 2014-09-30 2017-04-12 武汉电信器件有限公司 光模块老化和温度循环系统的工作流程
CN105183977A (zh) * 2015-09-06 2015-12-23 华东师范大学 基于最小二乘法量子光电探测器低温测试的仿真建模
CN106405442A (zh) * 2016-11-30 2017-02-15 东南大学 基于实际运行环境下的led寿命预测方法
CN108152698B (zh) * 2017-12-27 2020-02-11 广东省半导体产业技术研究院 一种测定led寿命的方法及装置
FR3094499B1 (fr) * 2019-03-28 2021-11-19 Continental Automotive Procédé et dispositif d’estimation du vieillissement d’un composant électronique
CN116804697A (zh) * 2023-06-25 2023-09-26 武汉敏芯半导体股份有限公司 激光器芯片的老化条件获取方法、系统及芯片筛选方法
CN116754919B (zh) * 2023-08-18 2023-12-01 河北博威集成电路有限公司 外场寿命评估方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2334144A1 (en) * 2009-09-07 2011-06-15 Nxp B.V. Testing of LEDs
CN102096034A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 深圳帝光电子有限公司 一种led寿命的检测方法及系统
CN103149523A (zh) * 2013-02-18 2013-06-12 南京汉德森科技股份有限公司 基于光电参数自动采集的多应力加速寿命监控测试系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX346857B (es) * 2010-06-18 2017-04-03 Xicato Inc Modulo de iluminacion de diodo fotoemisor con diagnostico integrado.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2334144A1 (en) * 2009-09-07 2011-06-15 Nxp B.V. Testing of LEDs
CN102096034A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 深圳帝光电子有限公司 一种led寿命的检测方法及系统
CN103149523A (zh) * 2013-02-18 2013-06-12 南京汉德森科技股份有限公司 基于光电参数自动采集的多应力加速寿命监控测试系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
加速退化试验技术综述;邓爱民等;《兵工学报》;20070831;第28卷(第8期);第1002-1007页 *
白光LED老化机理研究进展;陈宇彬等;《国外电子元器件》;20070131(第1期);第8-12页 *

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