Willem van Driel：系統(tǒng)可靠性決定LED商業(yè)未來
半導(dǎo)體照明正逐漸地滲透到人們的日常生活中來,由于LED生產(chǎn)企業(yè)可靠性測試和相關(guān)知識的缺乏，LED產(chǎn)品帶給人們一些負(fù)面印象。未來，半導(dǎo)體照明是否能在商業(yè)上取得成功，系統(tǒng)水平可靠性將至關(guān)重要，目前這一問題已受到極大關(guān)注。為了解當(dāng)前系統(tǒng)可靠性研究的問題和進(jìn)展，《半導(dǎo)體照明》雜志特采訪了荷蘭代爾夫特大學(xué)助理教授、美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）組委會成員Willem van Driel博士。他在固態(tài)照明、微電子學(xué)和微系統(tǒng)技術(shù)及其可靠性領(lǐng)域有15年以上的研究經(jīng)驗，先后以主要作者或合著者的身份發(fā)表出版物達(dá)200份，并擁有15項專利。
系統(tǒng)可靠性≠LED可靠性
《半導(dǎo)體照明》：系統(tǒng)可靠性是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的一個話題，能否請您介紹一下半導(dǎo)體照明系統(tǒng)及可靠性？
Willem van Driel：半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的概念很廣，可以是LED封裝，也可以是LED燈泡、LED光引擎，或者LED室內(nèi)照明燈具，還可以是使用了多個光源的一棟房子，甚至是需要被點亮的整座城市。一個LED封裝可以當(dāng)做一個系統(tǒng)，是因為其中包含幾個交互的組件：芯片、透鏡、承載物；LED燈泡系統(tǒng)還需在LED封裝的基礎(chǔ)上增加驅(qū)動、熱沉和外殼；光引擎也是一個系統(tǒng)，通常是把10多個LED封裝安裝在一起，再加上一個外殼而構(gòu)成；一個燈具系統(tǒng)內(nèi)包含幾個光引擎和一個驅(qū)動。當(dāng)今社會，每個家庭通常需要30～40個光引擎，從某個中央位置可以對它們進(jìn)行控制；而大至一座城市，比如上海，有數(shù)百萬甚至數(shù)千萬個光引擎用于街道和室內(nèi)照明，也稱之為一個半導(dǎo)體照明系統(tǒng)。
而系統(tǒng)可靠性是指涵蓋硬件和軟件的系統(tǒng)在特定環(huán)境和特定時間下卓越地完成其設(shè)定任務(wù)的可能性。但是，當(dāng)子系統(tǒng)或界面產(chǎn)生問題時，系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障。因而半導(dǎo)體照明系統(tǒng)設(shè)計幾乎不允許子系統(tǒng)或界面在應(yīng)用過程中出現(xiàn)任何故障。通常，如果系統(tǒng)能達(dá)到所承諾的可靠性水平，其成本往往會大幅上升，實驗和模擬技術(shù)或能有效實現(xiàn)成本的控制。另外，提高系統(tǒng)可靠性，也意味著需要掌控住所有組件的可靠性。因為不管系統(tǒng)有多復(fù)雜，每個系統(tǒng)的壽命實際上就等于組件中壽命最短的那個組件的壽命。
《半導(dǎo)體照明》：系統(tǒng)可靠性與LED可靠性有著怎樣的的區(qū)別？
Willem van Driel：半導(dǎo)體照明系統(tǒng)所包含的關(guān)鍵組件有：LED引擎、電子器件和控制、冷卻系統(tǒng)（主被動）、光學(xué)系統(tǒng)（包括遠(yuǎn)程熒光粉、透鏡和涂料系統(tǒng)、反射器和反射硬模系統(tǒng)）、機械（包括墊片、進(jìn)料槽、密封劑、外殼、連接器和緊固系統(tǒng)）?？梢?，半導(dǎo)體照明系統(tǒng)有5個關(guān)鍵組件，LED只是其中之一，每個組件的可靠性對系統(tǒng)的可靠性有均等的影響。
《半導(dǎo)體照明》：在系統(tǒng)可靠性測試方面，有沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范？
Willem van Driel：多數(shù)行業(yè)都采用標(biāo)準(zhǔn)測試，目的是能夠?qū)M件和系統(tǒng)的性能進(jìn)行量化。比如軍事領(lǐng)域采用的美國軍工標(biāo)準(zhǔn)（MIL）、電子元件工業(yè)聯(lián)合會（JEDEC）推出的電子產(chǎn)品測試標(biāo)準(zhǔn)等。半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的測試標(biāo)準(zhǔn)目前以LM79和LM80為主，但其中都沒有關(guān)于系統(tǒng)可靠性測試的規(guī)定。LED燈泡、LED模組和LED燈具的產(chǎn)品測試中尚無耐力測試環(huán)節(jié)，未來將增加該項性能的測試，預(yù)計這些產(chǎn)品的測試標(biāo)準(zhǔn)將在1-2年內(nèi)完成研發(fā)并得到強制執(zhí)行。
生產(chǎn)工藝管控至關(guān)重要
《半導(dǎo)體照明》：半導(dǎo)體照明系統(tǒng)可靠性測試的原理和步驟有哪些？
Willem van Driel：要測試整個系統(tǒng)的可靠性，需要先測試每個組件的可靠性。不同的系統(tǒng)有不同的功能，功能決定需使用的測試方法。比如固態(tài)照明對壽命的要求很高，測試常用的辦法就是給予足夠的過壓測試，根據(jù)過壓測試所獲得的數(shù)據(jù)即可推斷出正常使用條件下可能的壽命。
另一種常用的方法是加速試驗法。加速試驗法是采用在更高的溫度、壓力、電壓、負(fù)載、震動等環(huán)境下進(jìn)行測試的方法。具體的測試條件應(yīng)隨測試對象的不同而變。這些測試因素被稱為壓力源，這種測試方法也被稱為加速壽命試驗（ALT）或應(yīng)力測試。
然而，基于整個系統(tǒng)的加速試驗并非沒有風(fēng)險。僅僅通過增加負(fù)載量（比如溫度或者電功率）進(jìn)行應(yīng)力測試時可能會改變失效模型，而這些失效模型和實際性能表現(xiàn)毫無關(guān)系。因而，加速試驗有如下一些通用規(guī)則：
第一，找出系統(tǒng)失效模式：a.進(jìn)行實地研究或應(yīng)用研究來確定失效模式；b.半導(dǎo)體照明產(chǎn)品已知的壓力源包含溫度、相對濕度、震動和沖擊承受力、電，還有很容易被忽視的光因素。
第二，系統(tǒng)內(nèi)的每個組件有其各自的故障行為特點，需要通過以下方式獲?。篴.需要在至少三個加速試驗條件下進(jìn)行試驗；b.需要可靠性物理或失效物理學(xué)的數(shù)值/模擬模型。
第三，組件間的交互作用方式需要通過以下測試獲取：a. 測試子系統(tǒng)；b. 測試整個系統(tǒng)；c. 物理的失效模式不改變的前提下，加速環(huán)境應(yīng)用條件。
《半導(dǎo)體照明》：請您談?wù)勆a(chǎn)工藝方面如何確?？煽啃灾圃?？
Willem van Driel：固態(tài)照明系統(tǒng)設(shè)計恰當(dāng)?shù)脑?，唯一可能?dǎo)致最終產(chǎn)品失效的原因就是生產(chǎn)工藝。因此，生產(chǎn)工藝的管控至關(guān)重要，不能允許任何改變。此外，要控制好質(zhì)量，就要對組件和系統(tǒng)的出入端進(jìn)行控制。在批量生產(chǎn)時，需要進(jìn)行老化測試、在線監(jiān)測、持續(xù)可靠性測試等三種測試。
《半導(dǎo)體照明》：您認(rèn)為在散熱方面需要關(guān)注哪些地方？
Willem van Driel：熱管理和可靠性密切相關(guān)：產(chǎn)品或組件的溫度越高，其失效的可能性越大。一條通用的經(jīng)驗法則是：溫度每增加10℃，壽命就減小一倍。這也表明了控制溫度的重要性。冷卻方式對半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的可靠性性能影響很大，因此，需要對材料進(jìn)行深入研究。尋找能在100℃以上維持長壽命的材料是一個關(guān)鍵。
照明智能控制可向家電企業(yè)學(xué)習(xí)
《半導(dǎo)體照明》：請就您的了解，談?wù)勅?、通用電氣、歐司朗和飛利浦這樣的大公司采取了哪些措施來提高系統(tǒng)可靠性？
Willem van Driel：所有的大企業(yè)幾乎都采用六西格瑪方法來優(yōu)化和提高產(chǎn)品性能。六西格瑪是一項質(zhì)量管理法，是企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量的一項有效工具。六西格瑪管理方法是一種高度重視數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)字、數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的管理方法，強調(diào)“用數(shù)據(jù)說話”、“依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策”，“改進(jìn)一個過程所需要的所有信息，都包含在數(shù)據(jù)中”。 因此，六西格瑪管理廣泛采用各種統(tǒng)計技術(shù)工具，使管理成為一種可測量、數(shù)字化的科學(xué)法。在六西格瑪里有兩個重要的概念，即“流程”和“規(guī)格”。
《半導(dǎo)體照明》：能否請您就如何提高系統(tǒng)可靠性給中國乃至世界的中小生產(chǎn)企業(yè)提些建議？
Willem van Driel：中小生產(chǎn)企業(yè)由于缺乏充足的經(jīng)驗和龐大的人力無法進(jìn)行上面提到的六西格瑪法，不過，中小生產(chǎn)企業(yè)可以借助以下方法：第一，要求組件供應(yīng)商進(jìn)行組件的加速應(yīng)力試驗；第二，對整個系統(tǒng)進(jìn)行壽命測試時，選取較少量樣品進(jìn)行更長時間的測試；第三，批量生產(chǎn)啟動后，不再允許大的改變；第四，產(chǎn)品的某個問題也只允許微小的調(diào)整；第五，不斷從過去的經(jīng)驗中學(xué)習(xí)，持續(xù)提高所生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性。
《半導(dǎo)體照明》：智能化控制是未來半導(dǎo)體照明的發(fā)展趨勢之一，您認(rèn)為新型智能化的半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)是什么？LED照明應(yīng)如何做好智能化控制系統(tǒng)？
Willem van Driel：首先，智能控制會給系統(tǒng)帶來額外的增值，使我們可以通過每個光源實現(xiàn)通訊。但是很顯然，作為一個額外增加的子系統(tǒng)，其性能復(fù)雜，增加了系統(tǒng)失效的幾率。需要對產(chǎn)品新功能的失效率以進(jìn)行風(fēng)險管理，也意味著需要成功模擬出產(chǎn)品的系統(tǒng)測試方法，這一點可以向家電業(yè)學(xué)習(xí)。
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