LED可靠度驗證

‘可靠度’是一個以時間當主軸的一個名詞,也就是說被指定的設備、在限定的期間內,此設備正常運轉的機率。目前可靠度的概念已應用在各電子產品的設計與研發階段,其目的不外乎就是為了自家產品設計的品質能夠合乎預期以及滿足使用者的需求。

當然,因2008~2009年間全球因金融海嘯,經濟狀況陷入百年難得一見的低潮,此時‘節能減碳’儼然成為全世界唯一的口號以及共同追求的目標,因此LED (發光二極體- Light-Emitting Diode) 也因此變成‘節能減碳’時代下的產物。只要是跟‘光’牽扯上關係的產品,各家廠商則無所不用其極的嘗試與LED間作連結。例如:指示燈、照明燈、室內氣氛燈、廣告看板燈、車燈、面板背光…等,在近兩年發展快速,甚至這些LED的相關周邊產品發展的速度遠大於國際標準單位所制定LED相關測試法規,造成目前世界上還沒有一部放諸四海皆準的法典可供LED相關之產品設計者所使用,所以現在的LED法規市場上變成百家爭鳴、各自表述的戰國。

所以筆者見到這種情況,並研判在短時間內應該還不會有達成共識的結果,因而想為廣大的LED產品設計者提供些許的建議,其目的並不是要號召大家為LED的法規來催生,而是要分享個人在可靠度領域的經驗,來勾勒出身為一個產品設計者在沒有前例可循或國際標準方法的引導下,如何針對自己所設計的LED產品做初步且基本的驗證以了解所開發LED產品的耐受度,進而提升其設計品質水準,提高市場接受度以及減少客退的風險。

以下將簡單介紹兩大部分,不論LED以零件或成品的方式呈現,都可利用並遵循以下的模式來達到LED產品的基本驗證。

1.    產品壽命驗證
在電子產業里,為了要求得產品的壽命,通常會使用三種方法

(1)    壽命預估法(Prediction)
方法: 根據MIL HDBK 217之零件計數法(Part count)與零件應力法(Part stress)的原則,利用軟體去計算產品的壽命。
優點: 耗時短、成本低
缺點: 結果易與實際產品壽命差異甚遠

(2)    壽命實測法(Demonstration)
方法: 利用加速模型(Acceleration model),求出加速因子(Acceleration factor)並提供實際樣品利用環境試驗模擬機將樣品實測以求得產品壽命。目前加速模型以Arrhenius模型(高溫加速)、Coffin-Manson模型(溫度循環加速)及Hallberg-Peck(濕度加速)採用度最高。
優點: 結果較預估法真實、業界接受度高
缺點: 成本較高且耗時較預估法長

(3)    市場回饋法(Field return)
方法: 回收產品使用者在市場上所使用的狀況。
優點: 結果等於真實壽命
缺點: 時間與成本更長、市場使用狀況難取得,通常僅品牌場自我保存
以上三種求得產品壽命的方法以壽命實測法最多被業界採用,因為它不但可免除結果與實際產生差距過大的缺點外,而且它是經由實測而得,不論買賣雙方接受度皆高。

2.    產品環境試驗驗證
筆者于零組件雜誌2009年3月號曾經提出有關於LED相關產品之環境試驗需要執行哪些項目以及這些項目簡單的定義。故在此關於試驗的內容與細節在此就不多所著墨。但這次要引導大家如何去使用這些環境試驗項目已達真正提升產品設計的品質水準。

首先一定要針對自己所設計的產品做一個生命輪廓的分析,這個產品在生命周期中所可能處存的環境? 使用者為何? 此產品的屬性? 產品有無其他特殊要求? 這些因素都可能會影響將來是試驗的規格,在過程中切勿落入規範的迷失,因為一個好的驗證規格絕對不是完完全全的從某個規範徹底的抄入,因為再好的規範無法模擬實際的環境需求,那都只是枉然,只會浪費更多的資源與成本。舉個例子: LED燈具的設計者設計一款路燈給在印尼的街道使用,並制定低溫-40℃的驗證規格,就很開心的做下去了,因為在IEC里建議的低溫就是-40℃。但請各位回想一下,印尼地處赤道附近,屬熱帶性氣候,終年高溫濕熱,怎會碰到-40℃的氣候? 故對一個永遠碰不到的環境去做產品的設計,只會增加設計成本,因為設計能夠抵擋-40℃環境LED燈具的成本一定高於設計夠抵擋0℃的環境。

故筆者的用意是請各位產品設計者應回歸基本面,好好檢視自家所設計的產品,才能做到一個有效率有能符合實際需求面的可靠度驗證。

最後,因LED的產品不同於其他電子產品,不論可靠度驗證前後都必須針對其發光特性去做量測,一般常用的微積分球或配光曲線儀,可量測出LED產品之色(Color temperature)、光通量(Luminous flux)、光強度(Luminous intensity)、色座標(Chromaticity coordinates)、演色性(Color rendering)、波長(Wave length)等.,以做為可靠度驗證判定結果的依據。

本文作者:

宜特科技可靠度工程處 李博凡經理

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