半導(dǎo)體照明系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化機(jī)理與試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體照明技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)以大功率白光LED為核心的照明系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性提出了嚴(yán)格要求，本項(xiàng)目較系統(tǒng)的研究了LED光源及燈具的可靠性強(qiáng)化機(jī)理，設(shè)計(jì)并優(yōu)化可靠性強(qiáng)化剖面設(shè)計(jì)、開展驗(yàn)證試驗(yàn)。項(xiàng)目通過天然耐候性試驗(yàn)與模擬環(huán)境試驗(yàn)對(duì)比，薄弱環(huán)節(jié)失效機(jī)理分析，LED光源與燈具健壯設(shè)計(jì)，試驗(yàn)驗(yàn)證可靠性強(qiáng)化效率。具體開展了海島、熱帶、城市、沙漠以及高原的天然耐候性試驗(yàn)，高加速應(yīng)力極限/高加速應(yīng)力篩選試驗(yàn)等模擬環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)，建立應(yīng)力-缺陷激發(fā)間的物理關(guān)聯(lián)?；陧?xiàng)目建立的試驗(yàn)剖面設(shè)計(jì)，建設(shè)完成相應(yīng)的試驗(yàn)平臺(tái)與測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)，建立包括6類46種材料的封裝材料數(shù)據(jù)庫：軟著登字第0513376號(hào)。項(xiàng)目主要研究結(jié)論包括：①漏電流與肖克萊--里德霍爾非輻射復(fù)合是誘導(dǎo)缺陷產(chǎn)生的主要原因。1/f低頻電子噪聲的噪聲幅值增長速率和噪聲頻率指數(shù)的變化，對(duì)表征LED器件的退化程度具有十分敏感的表現(xiàn)。②基于結(jié)溫變量下的阿倫尼斯模型、濕氣應(yīng)力下的Peck模型、電流作用下的逆冪律模型，得到85℃/85%RH標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下溫&濕&電耦合作時(shí)的壽命預(yù)測(cè)模型，以老化時(shí)間1000小時(shí)內(nèi)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)誤差為4.51%。③熱沖擊載荷下的LED器件存在由材料的熱脹系數(shù)失配引起的封裝材料界面分層缺陷，進(jìn)一步對(duì)金線的等效塑性應(yīng)變具有重要影響。④硅膠透鏡與熒光粉等無機(jī)顆粒界面是LED光源失效的薄弱環(huán)節(jié)，改善有機(jī)-無機(jī)界面兼容性有利于提高可靠性。⑤設(shè)計(jì)和定義高加速壽命試驗(yàn)，確定故障高效激發(fā)的應(yīng)力模式，優(yōu)化可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的剖面設(shè)計(jì)，性能檢測(cè)以覆蓋激發(fā)的全部故障為原則，試驗(yàn)結(jié)果表明照明模塊在多項(xiàng)試驗(yàn)應(yīng)力的組合序列下，出現(xiàn)不同程度的零部件松動(dòng)與脫落問題。⑥天然耐候性試驗(yàn)表明，交變溫度應(yīng)力下的LED光輸出退化更快，與實(shí)驗(yàn)室熱沖擊模擬試驗(yàn)封裝材料熱脹性失配和高溫老化試驗(yàn)造成的光效降低，具有較好的相合性；不同燈具之間光衰趨勢(shì)不同，以監(jiān)測(cè)光衰來預(yù)測(cè)壽命的方法不存在通用性。

壽命與可靠性問題是影響LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為關(guān)鍵的因素。本項(xiàng)目旨在建立針對(duì)LED照明系統(tǒng)的可靠性強(qiáng)化機(jī)理，指導(dǎo)業(yè)界在LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)的早期階段導(dǎo)入長壽命和全壽命周期的理念，研究建立相應(yīng)的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法，從根源上防治壽命和可靠性設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品在有效壽命期內(nèi)抵抗隨機(jī)故障的健壯度，降低全壽命周期成本。本項(xiàng)目擬以系統(tǒng)的熱匹配、互連部分、LED光源作為可靠性強(qiáng)化的三個(gè)主要環(huán)節(jié)，采用HAST設(shè)備、HALT/HASS 設(shè)備和天然暴露耐候性試驗(yàn)場(chǎng)作為主要手段，結(jié)合失效物理分析，系統(tǒng)揭示半導(dǎo)體照明系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的技術(shù)內(nèi)涵，探索可靠性強(qiáng)化理論。并通過建立基于多場(chǎng)耦合非線性建模仿真的高加速應(yīng)力試驗(yàn)方法，優(yōu)化可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)剖面設(shè)計(jì)，提高缺陷激發(fā)效率。最后，采用動(dòng)態(tài)分布參數(shù)的Bayes方法，基于可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的小樣本數(shù)據(jù)，研究半導(dǎo)體照明系統(tǒng)可靠性的快速定理分析評(píng)價(jià)方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于智能電能表及其附件的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，并對(duì)包括低溫步進(jìn)試驗(yàn)、高溫步進(jìn)試驗(yàn)、快速溫度循環(huán)試驗(yàn)、振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)和綜合應(yīng)力試驗(yàn)等五個(gè)過程進(jìn)行了具體說明，在智能電能表研制、生產(chǎn)、使用階段均可參照本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。

1、集中控制

在控制終端均可對(duì)所有照明燈具進(jìn)行分時(shí)、分區(qū)控制?？刂品绞骄哂惺謩?dòng)和自動(dòng)兩種模式，可根據(jù)使用需求進(jìn)行靈活調(diào)整。無須人工操作的區(qū)域可選擇采用自動(dòng)控制模式，有機(jī)動(dòng)控制需求的區(qū)域可選擇采用手動(dòng)控制模式。

2、遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控

對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制，在所有終端均可顯示系統(tǒng)狀態(tài)，主要包括照明系統(tǒng)的分合狀態(tài)，各相位的電壓、電流、功率等，可根據(jù)需要對(duì)區(qū)域電路進(jìn)行遠(yuǎn)程的分合控制。

3、能耗數(shù)據(jù)可視化

對(duì)區(qū)域照明回路和整個(gè)照明系統(tǒng)分別進(jìn)行用能情況的統(tǒng)計(jì)與匯總，在控制終端以數(shù)字和圖表的形式反映出來。

4、自動(dòng)報(bào)警

對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從傳統(tǒng)定期維護(hù)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)狀態(tài)維護(hù)模式。設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)報(bào)警，便于在第一時(shí)間進(jìn)行檢修維護(hù)，從而大幅降低設(shè)備的故障率和損壞率，達(dá)到其正常使用壽命，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、低耗的目的。

5、歷史記錄

對(duì)系統(tǒng)工況、設(shè)備工況、用能情況、操作情況以及異常狀態(tài)以數(shù)字和圖表的形式生成歷史數(shù)據(jù)，可按日、周、月、年自動(dòng)生成報(bào)表?？刹樵?nèi)我鈺r(shí)間節(jié)點(diǎn)的記錄，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和管理。

6、多點(diǎn)操作

可通過以太網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，在不同地點(diǎn)的控制終端均可對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

7、異?；謴?fù)

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常情況時(shí)，控制終端將自動(dòng)重啟，恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

8、停電自鎖

由于停電引起的照明中斷，在來電時(shí)將自動(dòng)鎖定為關(guān)閉狀態(tài)，以確保人身和財(cái)產(chǎn)安全。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了科學(xué)儀器設(shè)備電氣系統(tǒng)（以下簡稱“電氣系統(tǒng)”）開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的通用要求和試驗(yàn)方法等內(nèi)容。 本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于科學(xué)儀器設(shè)備中的電氣系統(tǒng)及其電子部件、電路板組件。