CN112114271A - 一种led芯片质量的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED芯片质量的评价方法，该评价方法通过测试待评价芯片在不同温度、不同驱动电流下的光参数来拟合出第一趋势线以及第二趋势线，通过第二趋势线的拟合公式即可判断出不同芯片的相对质量，极大程度的降低了测试周期。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片领域，具体是涉及一种LED芯片质量的评价方法。
背景技术
随着LED封装技术的成熟，对于LED不同材料的老化方法愈发多样，如核心部件-LED芯片质量的评估通常是采用点亮老化的手段进行评估，具体过程如下：将待评估的芯片封装成LED灯珠成品，并配上驱动电源(恒流开关电源)及相关的散热套件制成多盏LED整灯(3～5盏不等)，放置在相应的老化架上进行点亮，定时的对各个灯进行采集光通量、电压(一般是每间隔1000H进行采集一次数据，需要将实验进行到4000H或者更长)等数据，对以上采集的数据与初始数据相比，得出相应的评判。
但是现有的这种评价方式存在以下几个缺陷：1、误差较大，由于LED整灯对环境温度的稳定性要求较高，并且所制成的LED整灯一致性较差(散热套件自身之间的差异以及装配工艺之间的差异)，从而导致LED整灯本身温度的一致性差的问题，因此所采集到的温度与真实温度之间存在较大的误差(通常采用LED芯片负极引脚的温度)，从而造成实验结果的误差较大。
2、实验周期长，由于目前LED整灯测试的温度大都控制在105℃左右(此温度是批量生产时控制的温度，因此采用这个温度能较好的还原实际情况)，在此温度下，实际的实验周期长一般需要4～6个月。虽然也有人提出通过提高测试温度来加快实验周期，但由于设备以及灯具散热的限制而难以实现。
3、由于不同待测芯片的规格不同，以及实验整灯灯型在一定时间会更换、实验人员操作人员的变更等等，会导致实验手段的变化，会与之前的实验数据有差异，从而造成实验数据不准确。
4、需要准备的灯珠数量较多，整灯制作工序繁琐，而且当其中一颗灯珠失效后，或导致整灯全部不亮，实验被迫中止。
发明内容
本发明旨在提供一种LED芯片质量的评价方法，以解决现有的老化测试周期长的问题。
具体方案如下：
一种LED芯片质量的评价方法，该方法包括以下步骤：
S1、将待评价的LED芯片封装成LED灯珠；
S2、将上述步骤S1制作LED灯珠在恒温条件下置于积分球内点亮，待LED灯珠的温度恒定后，采集该LED灯珠在不同温度、不同驱动电流下的光通量；
S3、根据步骤S2中所获得的数据，以相同驱动电流、不同温度下光通量的维持率为X轴，温度为Y轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出在相同驱动电流下光通量维持率与温度的变化趋势线，该趋势线可以用公式y1＝k1x+b1表达，其中k1为光通量维持率随温度变化的第一斜率，b1为常数；
S4、以步骤S3中k1的绝对值为y轴，驱动电流为x轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出第一斜率k1随驱动电流的变化趋势线，该趋势线可以用公式y2＝k2x+b2表达，其中k2为第一斜率k1的绝对值随驱动电流的第二斜率，b2为常数；
S5、根据步骤S4中获得的公式y2＝k2x+b2来判断待评价的LED芯片的相对质量。
在一些实施例中，步骤S2中，先将步骤S1封装成的LED灯珠焊接于导热基板上；再将具有待评价LED芯片的导热基板固定于恒温基座上，然后将该恒温基座置于积分球内，点亮LED灯珠，待LED灯珠的温度恒定后，采集该LED灯珠在不同温度、不同驱动电流下的光通量。
本发明提供的LED芯片质量的评价方法与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供评价方法通过对芯片在不同温度、不同电流下的光参数进行测试，以这些测试数据拟合出芯片在相同驱动电流下光通量维持率与温度的第一趋势线，并根据第一趋势线的斜率以及驱动电流的拟合出第二趋势线，通过第二趋势线的拟合公式即可判断出不同芯片的相对质量，极大程度的降低了测试周期。
附图说明
图1示出了光参数测试装置的示意图。
图2示出了灯珠A在不同温度、驱动电流下的光通量的数据表格图。
图3示出了灯珠B在不同温度、驱动电流下的光通量的数据表格图。
图4示出了灯珠A、灯珠B在20mA下光通维持率与温度的关系图。
图5示出了灯珠A、灯珠B在80mA下光通维持率与温度的关系图。
图6示出了灯珠A、灯珠B的第一斜率与驱动电流的关系图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明提供了一种LED芯片质量的评价方法，该方法包括以下步骤：
S1、将待评价的LED芯片通过固晶、焊线、点胶等步骤封装成LED灯珠，并用锡膏焊接在导热基板上。
S2、将上述步骤S1制作而具有待评价LED芯片的导热基板固定于恒温基座上，然后将该恒温基座置于积分球内，点亮LED灯珠，待LED灯珠的温度恒定后，采集该LED灯珠在不同温度、不同驱动电流下的光通量。
S3、根据步骤S2中所获得的数据，以相同驱动电流、不同温度下光通量的维持率为X轴，温度为Y轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出在相同驱动电流下光通量维持率与温度的第一趋势线，该第一趋势线可以用公式y1＝k1x+b1表达，其中k1为光通量维持率随温度变化的第一斜率，b1为常数。
S4、以步骤S3中k1的绝对值为y轴，驱动电流为x轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出第一斜率k1随驱动电流的第二趋势线，该第二趋势线可以用公式y2＝k2x+b2表达，其中k2为第一斜率k1的绝对值随驱动电流的第二斜率，b2为常数。
S5、根据步骤S4中获得的公式y2＝k2x+b2来判断待评价的LED芯片的相对质量。
现对两款待评价的芯片A和芯片B进行试验，将该芯片A和芯片B封装成灯珠A和灯珠B，灯珠A、灯珠B除芯片不同外，其余的参数(例如封装支架、固晶胶、键合线、封装胶等)均相同。制成的灯珠A和灯珠B通过锡膏焊接在铝基的印制电路板上，并借助如图1所示的测试装置来进行相应光参数的测量。
图1中，该测试装置包括温控系统以及光参数采集系统。其中，温控系统主要包括温度控制器10和恒温基座11，恒温基座11内具有加热板，通过调节温度控制器10能够控制恒温基座11内的加热板的功率，从而使恒温基座11能够维持设定的温度。通过温度控制器10控制加热板的功率来控制恒温属于现有技术，其能够直接从市面上采购而得，因此其具体控制原理以及设备构成在此不进行赘述。
光参数采集系统主要包括积分球21以及与积分球21连接的光参数处理系统20，积分球21以及光参数处理系统20也属于现有技术，其能够直接从市面上采购而得，因此其具体控制原理以及设备构成在此不进行赘述。
在本实施例中，将恒温基座11的结构形状设计成与积分球21的光源入口210的形状相匹配设置。现有积分球21的光源入口210通常为圆柱形，因此将恒温基座11设置成与光源入口210内径相匹配设置圆柱形。将上述贴设有灯珠A和灯珠B的印制电路板贴设于恒温基座上，通过控制恒温基座11的温度即可控制印制电路板上灯珠A和灯珠B的工作温度。
在恒温基座11的温度设定为25℃、35℃、45℃、……和115℃下，用积分球分别测试灯珠A在驱动电流为20mA、30mA、40mA、50mA、.....100mA下光通量，具体测试数据见图2中的数据表格。
在恒温基座11的温度设定为25℃、35℃、45℃、……和115℃下，用积分球分别测试灯珠B在驱动电流为20mA、30mA、40mA、50mA、.....100mA下光通量，具体测试数据见图3中的数据表格。
根据测试的数据，以恒温基座的温度为x轴，待测LED灯珠的光通量为y轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出在相同驱动电流下光通量随恒温基座的温度而变化的趋势线，该趋势线可以用公式y1＝k1x+b1表达，其中k1为光通量随温度变化的第一斜率，b1为常数。
以20mA和80mA为例，通过诸如Excel软件可以做出如图4和图5所示的散点图，并可以拟合出这些坐标点的趋势线，从而获得灯珠A和灯珠B在不同驱动电流下的第一斜率k1。由图4和图5可知，在20mA下，灯珠A的拟合趋势线公式为y＝-6.6923x+696.32，第一斜率k1＝-6.6923；灯珠B的拟合趋势线公式为y＝-5.246x+548.77，第一斜率k1＝-5.246。在80mA下，灯珠A的拟合趋势线公式为y＝-5.1149x+537.59，第一斜率k1＝-5.1149；灯珠B的拟合趋势线公式为y＝-4.3367x+459.75，第一斜率k1＝-4.3367。采用相同的方法，可以获得其它电流下灯珠A、灯珠B的第一斜率k1，然后取第一斜率k1的绝对值，具体数据见下表1。
表1：
根据表1的数据以第一斜率k1为y轴，驱动电流为x轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出灯珠A、灯珠B的第一斜率k1随驱动电流的变化趋势线，该趋势线可以用公式y2＝k2x+b2表达，其中k2为第一斜率k1随驱动电流的第二斜率，b2为常数。具体的趋势图如图6所示，从图6中可知，灯珠A的拟合趋势线为y＝-0.0236x+7.0549；灯珠B的拟合趋势线为y＝-0.0151x+5.5501。
以灯珠A为例，灯珠A的截距表示为“在电流为0mA下，灯珠温度每上升(降低)7.0549℃，相对于初始值，光通量维持率下降(升高)1％”；
第二斜率k2表示为“在任意温度(灯珠能正常工作的前提)下，驱动电流每增加(减少)1mA，截距下降(升高)0.0236。”即，驱动电流增加后，灯珠对温度的敏感性提高，较小的温度变化就能改变其光通量维持率。
在驱动电流为x值时，得到对应的y值表示为“温度每上升(降低)y，光通量维持率下降(升高)1％”。
因此，从灯珠A和灯珠B的对比可知，以驱动电流100mA为例，灯珠A温度每上升4.8247℃，其光通量维持率下降1％，灯珠B度每上升4.0746℃，其光通量维持率下降1％。由此可知在驱动电流100mA下，灯珠A与灯珠B相比较，灯珠A对温度较为不敏感，即，需要更高温度才能使灯珠A芯片造成光衰，因此灯珠A的相对质量较好，因此也可以推断出芯片A相对于芯片B具有更好的相对质量。
为了进一步对上述的评价方法进行验证，将以上两款芯片A、芯片B制成的灯珠A、灯珠B，再采用常规方案将灯珠A、灯珠B制成整灯A和整灯B，并经过3000H的老化，采集1000H、3000H的光通量与初始的光通量进行比较(整灯A和整灯B除芯片不同外，其余参数均相同)。本实验中整灯A、整灯B均以驱动电流为100mA，在105℃的恒温环境中进行测试。
测试整灯A和整灯B在初始状态(0H)下的光参数，具体数据参考下表2。
表2：
测试整灯A和整灯B老化1000H后的光参数，具体数据参考下表3。
表3：
老化1000H后，芯片A的光通量维持率为98.11％，芯片B的光通量维持率为96.09％。
测试整灯A和整灯B老化3000H后的光参数，具体数据参考下表4。
表4：
老化3000H后，芯片A的光通量维持率为96.26％，芯片B的光通量维持率为94.46％。
从上1000H和3000H小时的老化数据可知，芯片A的质量要优于芯片B，这也与本发明提出的评价方法的结论一致，常规测试需要非常长的测试周期(几千小时)，而本发明的评价方法则只需要非常短的时间(几个小时)即可判断出芯片的相对质量，大大的节省了实验时间。
本发明通过上述步骤获得的公式y2＝k2x+b2除了用于评价还可用于整灯的设计，以灯珠A来制作整灯，灯珠A的拟合趋势线为y＝-0.0236x+7.0549。
如：已知驱动电流为95mA，整灯温度为105℃时，整灯光通量是初始(25℃下测试)百分之几？
100-(105-25)÷(7.0549-0.0236*95)＝83.38，即整灯光通量是初始的83.38％。
如：要求整灯点亮后，温度稳定后为105℃，此时光通量衰减不大于18％，，驱动电流需要多少能满足？
假设电流为a，代入公式，(105-25)÷(7.0549-0.0236*a)＝18，可得a≤110mA，即驱动电流不应超过110mA。
如：要求整灯点亮后，光通量维持在初始亮度的90％，驱动电流为100mA，整灯温度需要多少能满足？
假设温度为b，代入公式，100-(b-25)÷(7.0549-0.0236*100)＝90，可得b≤72℃，即整灯温度不应超过72℃。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种LED芯片质量的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、将待评价的LED芯片封装成LED灯珠；
S2、将上述步骤S1制作LED灯珠在恒温条件下置于积分球内点亮，待LED灯珠的温度恒定后，采集该LED灯珠在不同温度、不同驱动电流下的光通量；
S3、根据步骤S2中所获得的数据，以相同驱动电流、不同温度下光通量的维持率为X轴，温度为Y轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出在相同驱动电流下光通量维持率与温度的第一趋势线，该第一趋势线可以用公式y1＝k1x+b1表达，其中k1为光通量维持率随温度变化的第一斜率，b1为常数；
S4、以步骤S3中k1的绝对值为y轴，驱动电流为x轴进行描点，根据坐标轴中所描出的点做出第一斜率k1随驱动电流的第二趋势线，该第二趋势线可以用公式y2＝k2x+b2表达，其中k2为第一斜率k1的绝对值随驱动电流的第二斜率，b2为常数；
S5、根据步骤S4中获得的公式y2＝k2x+b2来判断待评价的LED芯片的相对质量。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于：步骤S2中，先将步骤S1封装成的LED灯珠焊接于导热基板上；再将具有待评价LED芯片的导热基板固定于恒温基座上，然后将该恒温基座置于积分球内，点亮LED灯珠，待LED灯珠的温度恒定后，采集该LED灯珠在不同温度、不同驱动电流下的光通量。
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