1、LED照明燈具的可靠性及安全標(biāo)準(zhǔn)分析2016-07-15來(lái)源：日用電器作者：朱秋曙 沙磊 唐家麒 李敏 王英程導(dǎo)讀：摘要：LED照明產(chǎn)品在近幾年發(fā)展迅速，產(chǎn)品市場(chǎng)增長(zhǎng)非?？?。在各種各類的新型LED照明產(chǎn)品出現(xiàn)于市場(chǎng)上的同時(shí)，其可靠性及安全性也出現(xiàn)了許多隱患。本文著重對(duì)LED照明燈具的可靠性及應(yīng)滿足的安全標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行分析綜述。摘要：LED照明產(chǎn)品在近幾年發(fā)展迅速，產(chǎn)品市場(chǎng)增長(zhǎng)非?？?。在各種各類的新型LED照明產(chǎn)品出現(xiàn)于市場(chǎng)上的同時(shí)，其可靠性及安全性也出現(xiàn)了許多隱患。本文著重對(duì)LED照明燈具的可靠性及應(yīng)滿足的安全標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行分析綜述。關(guān)鍵詞：LED照明燈具；可靠性；安全標(biāo)準(zhǔn)概述這幾年，隨著電子技術(shù)

2、飛速發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)獲得突破性進(jìn)展，使這種由電能轉(zhuǎn)換成光的半導(dǎo)體器件進(jìn)入照明領(lǐng)域，由于它豐富多樣的顏色光，方便選色和變色的優(yōu)勢(shì)，適合應(yīng)用于普通照明、交通信號(hào)、航標(biāo)、廣告、庭園及建筑物景觀照明等需要多種顏色的場(chǎng)所。為了適應(yīng)各種LED照明燈具的安全要求，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范也迅速發(fā)展，最近新頒布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量也較多，且還有一部分LED照明產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)也正在制定和完善中。1 LED照明燈具可靠性相關(guān)內(nèi)容分析1.1 LED照明燈具可靠性問(wèn)題LED照明燈具可靠性所涉及內(nèi)容較多且復(fù)雜，從LED芯片制作工藝、模塊封裝、驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)，到最后LED器件與燈具進(jìn)行整合組

3、裝成為可直接接入市電的燈具產(chǎn)品，這一系列技術(shù)都制約著LED照明燈具的可靠性問(wèn)題。以下對(duì)LED器件可靠性有關(guān)基本概念進(jìn)行分析。1.2 十度法則“十度法則”是指某些電子器件在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10，其主要技術(shù)指標(biāo)下降一半（或下降1/4）。綜合國(guó)內(nèi)外案例及相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，LED器件熱溫度在50至80時(shí)，LED壽命值基本符合下度法則。同時(shí)，LED器件會(huì)因?yàn)樵诜庋b工藝上的不同，而導(dǎo)致本身隨著溫度的上升，平均壽命值下降，甚至能下降一半以下。這一特性使LED器件在高溫環(huán)境下工作受到限制1。1.3 本質(zhì)失效、從屬失效LED器件失效通常有兩種情況：本質(zhì)失效和從屬失效。本質(zhì)失效指LED芯片本身引起的失效。從

4、屬失效是由封裝結(jié)構(gòu)材料、制作工藝引起的失效，其中包括封裝結(jié)構(gòu)所用到的材料、工藝、溫度等因素。以上兩種失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)LED照明燈具的失效，從而影響后期制作的LED燈具可靠性。1.4 LED器件可靠性LED器件是形成LED照明燈具的核心器件，其可靠性直接影響著LED照明燈具的整機(jī)性能。LED器件可靠性主要取決于兩個(gè)部分：外延芯片及器件封裝的性能質(zhì)量。1.3.1 影響外延芯片性能及質(zhì)量的，主要是與外延層特別是P-N結(jié)部分的位錯(cuò)、缺陷數(shù)目和分布情況，金屬與半導(dǎo)體接觸層質(zhì)量。芯片在加熱加電條件下，會(huì)逐步引起位錯(cuò)、缺陷、表面和周邊產(chǎn)生電漂移及離子熱擴(kuò)散，使芯片失效，即是上面所說(shuō)的本質(zhì)失效。要提高外延芯片

5、可靠性指標(biāo)，從根本上要降低外延生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)和缺陷，提高金屬與半導(dǎo)體接觸質(zhì)量，從而提高工作壽命的時(shí)間。LED封裝熱流模型見(jiàn)圖1。1.3.2 從屬失效是由于LED封裝引起的，原因復(fù)雜，可分為以下內(nèi)容：1)封裝材料質(zhì)量不好，比如導(dǎo)電膠、硅膠、熒光粉、環(huán)氧、固晶材料、基座等。2)不合理的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如產(chǎn)生應(yīng)力、引起斷裂、材料不匹配等。3)工藝技術(shù)不成熟，比如固化溫度、壓焊、封膠、裝片和時(shí)間等。為了提高封裝可靠性，在選用原材料方面要嚴(yán)格控制質(zhì)量，在結(jié)構(gòu)上除了出光效率和散熱需考慮，同時(shí)需考慮多種材料結(jié)合在一起時(shí)的熱漲匹配問(wèn)題。在工藝上，除了每道工序的工藝流程需嚴(yán)格控制外，還需不斷完善制作工藝技

6、術(shù)，保障LED器件性能和可靠性指標(biāo)。1.5 LED照明燈具散熱可靠性LED照明燈具的散熱水平是決定本身可靠性的關(guān)鍵，因此提高散熱水平是關(guān)鍵技術(shù)之一。解決芯片產(chǎn)生多余熱量可通過(guò)熱沉、散熱體傳出去進(jìn)行解決，其次燈具散熱結(jié)構(gòu)因盡量設(shè)計(jì)合理，以下是傳統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)模式：LED燈具結(jié)構(gòu)的散熱水平也關(guān)鍵技術(shù)之一，除了要考慮燈具的外觀、效率及配光以外，燈具的成本也是必不可少的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。提高散熱水平，參考以往實(shí)驗(yàn)資料，可以做到以下幾點(diǎn)措施：1) LED芯片方面，要選用新工藝、新結(jié)構(gòu)，提高LED芯片結(jié)溫的耐熱性，降低散熱條件。2) LED器件的熱阻盡可能降低，選用耐熱性、導(dǎo)熱性較好的新材料，包含熒光粉的混合膠

7、、金屬之間粘合材料等，使得熱阻10/W或都更低（見(jiàn)圖2）。3) 控制升溫，降低器件的升溫，采用導(dǎo)熱性好的散熱材料，較好的通風(fēng)孔道，使余熱短時(shí)間內(nèi)散發(fā)出去，要求升溫控制在30以內(nèi)。4) 合理的散熱，比如利用熱導(dǎo)管，但性價(jià)比低，原因是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。隨著LED技術(shù)發(fā)展的加速，新技術(shù)的不斷產(chǎn)生，導(dǎo)致LED的發(fā)熱也越來(lái)越厲害，所以，除非不斷提高散熱水平，否則會(huì)極大地影響LED燈具的性能及壽命。2 LED照明燈具的安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2.1 涉及安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前已有的燈具安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系列：IE C60598系列，適用于LED燈具，其中包括IEC 60598-1：燈具 第一部分 一般要求與試驗(yàn)，和IEC 605

8、98-2系列：具體燈具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列。2.2 LED照明燈具安全標(biāo)準(zhǔn)分折LED照明燈具與傳統(tǒng)照明燈具一樣，須滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60598-1通用標(biāo)準(zhǔn)及IEC 60598-2特殊標(biāo)準(zhǔn)的要求。與此同時(shí)，LED燈具還應(yīng)滿足光生物安全要求，這里著重講述IEC 60598系列的相關(guān)要求3，4：2.2.1 按防觸電保護(hù)型式，LED照明燈具分類為類、類和類。目前，市場(chǎng)上許多LED產(chǎn)品都未能按照標(biāo)準(zhǔn)要求在燈具上明確標(biāo)出其分類情況，同時(shí)，也有部分制造商，將類LED燈具認(rèn)為是LED燈使用低電壓，忽略了其驅(qū)動(dòng)電源仍然是高壓輸入，從而錯(cuò)誤地將這類產(chǎn)品標(biāo)識(shí)為類燈具。2.2.2 通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把燈具的光學(xué)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和熱

9、系統(tǒng)的位置和相互關(guān)系確定機(jī)械的作用，使燈具得以安全使用。由于LED 光源的特性，LED 燈有封裝、模組、LED 驅(qū)動(dòng)器、整體式LED 燈、非整體式LED 燈等幾種形式，除了最后兩種形式可能具有與傳統(tǒng)光源燈具類似內(nèi)部結(jié)構(gòu)以外，其他LED 燈不帶有標(biāo)準(zhǔn)燈頭，這種情況下，LED 燈具具有如下結(jié)構(gòu)特征：1)不配有燈座的LED 燈具，直接由連接件進(jìn)行電氣連接，并采用其他方式將LED 燈固定到燈具主體上。2)LED芯片的導(dǎo)熱系統(tǒng)，采用大量的散熱片，因此燈具的體積和重量比傳統(tǒng)光源燈具大，燈具的安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)考慮，以保證安裝的安全性和可靠性。同時(shí)散熱片應(yīng)設(shè)計(jì)成容易清潔或不容易積灰的結(jié)構(gòu)，否則，會(huì)加快降低散熱

10、片的效率。另一方面，LED照明燈具在進(jìn)行電氣強(qiáng)度和絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，帶驅(qū)動(dòng)電源的LED燈具，驅(qū)動(dòng)電源也是考核的重點(diǎn)內(nèi)容之一。驅(qū)動(dòng)電源試驗(yàn)內(nèi)容有輸入帶電部件與燈具外殼之間，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源是否為隔離電源，關(guān)系到對(duì)LED模組的電氣強(qiáng)度時(shí)使用試驗(yàn)電壓，因此如果為隔離電源，LED模組認(rèn)為安全特低電壓進(jìn)行試驗(yàn)，否則，按非安全特低電壓進(jìn)行試驗(yàn)。最后，關(guān)于LED燈具的正常熱試驗(yàn)和非正常熱試驗(yàn)，是考核LED燈具在這兩種工作模式下反發(fā)出的熱量，是否影響整個(gè)燈具以及驅(qū)動(dòng)電源的安全性。因此，燈具使用的導(dǎo)線、配件（如接線端子、燈座等）、安裝表面以及驅(qū)動(dòng)電源的外殼都是重要考核內(nèi)容。如果采用內(nèi)裝的驅(qū)動(dòng)電源，燈具應(yīng)根據(jù)其內(nèi)環(huán)境溫度選擇標(biāo)有相應(yīng)tc 的驅(qū)動(dòng)器。而驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立安裝時(shí)，則應(yīng)根據(jù)安裝的可能的環(huán)境溫度選擇相應(yīng)tc 驅(qū)動(dòng)器。3 結(jié)束語(yǔ)隨著LED技術(shù)的不斷提升和人們對(duì)綠色照明概念的認(rèn)知能力不斷提高，這對(duì)LED制造商的水平要求也不斷提高，不僅要熟悉LED燈具的技術(shù)，還要掌握國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)變化，更進(jìn)一步完善自身制造水平和工藝。同時(shí)在設(shè)計(jì)上要充分考慮LED 燈具光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)特性與機(jī)械性能、散熱設(shè)計(jì)、安裝結(jié)構(gòu)、美學(xué)這幾方面的問(wèn)題，只有將它們作為一個(gè)整體、系統(tǒng)地