测试LED的电特性.docx

1、测试LED的电特性 LED的测试方法LED测试标准的制定解决方案： 测试LED的电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、手机背光、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。 LED测试方法 基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电

2、特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。 1、电特性 LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。 LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。 2、光特性 类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强

3、和光强分布特性和光谱参数等。 （1）光通量和光效 有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。变角光度计法是测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。如图2所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。 图2 积分球法测LED光通量 此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往引入辅助灯，如图3所示。 图3 辅助灯法消除自吸收影响 在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。 （2）

4、光强和光强分布特性 图4 LED光强测试中的问题 如图4所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。因此，CIE-127提出了两种推荐测试条件使得各LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE-127条件已经被各LED制造商和检测机构引用。 图5 CIE-127推荐LED光强测试条件 （3）光谱参数 LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布等。单色LED的光谱为单一波峰，特性以峰值波长和带宽表示，而白光LED的光谱由多种单色光谱合成。

5、所有LED的光谱特性都可由光谱功率分布表示，而由LED的光谱功率分布还可计算得到色度参数。 光谱功率分布的测试需要通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出来进行测定，一般可以采用棱镜和光栅实现分光测定。 图6 白光LED光谱功率分布 3、开关特性 LED开关特性是指LED通电和断电瞬间的光、电、色变化特性。通过LED开关特性的测试可以获得LED在通断电瞬间工作状态、物质属性等的变化规律，由此不仅可了解通断电对LED的损耗，也可用以指导LED驱动模块的设计等。 4、颜色特性 LED的颜色特性主要包括色品坐标、主波长、色纯度、色温及显色性等，LED的颜色特性对白光LED尤为重要。 现有的颜色特性测

6、试方法有分光光度法和积分法。如图7所示：分光光度法是通过单色仪分光测得LED光谱功率分布，之后利用色度加权函数积分获得对应色度参数；积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度参数；分光光度法的准确性要大大高于积分法。 图7 LED颜色特性测试方法 5、热学特性 LED的热学特性主要指热阻和结温。热阻是指沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比。结温是指LED的PN结温度。LED的热阻和结温是影响LED光电性能的重要因素。现有的对LED结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温显微镜或微型热偶测得LED芯片表面的温度并视其为LED的结温，但是准确度不够；另外一种是利用确定电流下的正向偏

7、压与结温之间反比变化的关系来判定LED的结温，这种方法较复杂。 6、可靠性 LED的可靠性包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等。 静电敏感度特性是指LED能承受的静电放电电压。某些LED由于电阻率较高，且正负电极距离很短，若两端的静电电荷累积到一定值时，这一静电电压会击穿PN结，严重时可将PN结击穿导致LED失效，因此必须对LED的静电敏感度特性进行测试，获得LED的静电放电故障临界电压。目前一般采用人体模式、机器模式、器件充电模式来模拟现实生活中的静电放电现象。 为了观察LED在长期连续使用情况下光性能的变化规律，需要对LED进行抽样试验，通过长期观察和统计获得LED寿命参数。对于LED环境

8、特性的试验往往采用模拟LED在应用中遇到的各类自然侵袭，一般有：高低温冲击试验、湿度循环试验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐照试验、振动和冲击试验、跌落试验、离心加速度试验等。三、国家标准的制定 总结以上测试方法，半导体发光二极管测试方法国家标准对LED电特性、光学特性、热学特性、静电特性及寿命测试都作了相应的规定。 对于电特性测试，标准分别规定了LED正向电压、反向电压、反向电流的测试框图；对于光通量测试，标准规定采用2立体角测试结构；对于光强测试，标准引用了CIE-127的推荐条件；此外，对光谱测试、热学特性测试、静电放电敏感度测试、寿命测试等都作了明确的规定。 国家标准的制定总结了现有

9、LED的测试方法，将其中的科学适用的方法升级为标准测试方法，很好地消除了各界在LED测试领域存在的分歧，也使测试结果更加真实地反映我国LED产业的整体水平。但是鉴于LED技术还在处于不断地发展之中，国家标准的制定并不是一劳永逸的，应当时刻将最新最合适的测试技术引入标准之中。防水插座大部分是IEC60309标准的产品，安装形式有明装和暗装两种形式，明装又有直式和斜式之分，还有一种是线缆连接器的活动插座；IP防护等级是国际电工对电气产品防水防尘等级的定义；IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级

10、越高。表一： 数字 防护范围 说明 0 无防护 对外界的人或物无特殊的防护 1 防止大于50mm的固体外物侵入 防止人体(如手掌)因意外而接触到电器内部的零件，防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入 2 防止大于12.5mm的固体外物侵入 防止人的手指接触到电器内部的零件，防止中等尺寸(直径大于12.5mm)的外物侵入 3 防止大于2.5mm的固体外物侵入 防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件 4 防止大于1.0mm的固体外物侵入 防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件 5 防止外物及灰尘 完全防止外

11、物侵入，虽不能完全防止灰尘侵入，但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作 6 防止外物及灰尘 完全防止外物及灰尘侵入 表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度 数字 防护范围 说明 0 无防护 对水或湿气无特殊的防护 1 防止水滴侵入 垂直落下的水滴(如凝结水)不会对电器造成损坏 2 倾斜15度时，仍可防止水滴侵入 当电器由垂直倾斜至15度时，滴水不会对电器造成损坏 3 防止喷洒的水侵入 防雨或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水侵入电器而造成损坏 4 防止飞溅的水侵入 防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏 5 防止喷射的水侵入 防止来自各个方向飞由喷嘴射出的水侵入电器而造成损坏

12、 6 防止大浪侵入 装设于甲板上的电器，可防止因大浪的侵袭而造成的损坏 7 防止浸水时水的侵入 电器浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下，可确保不因浸水而造成损坏 8 防止沉没时水的侵入 电器无限期沉没在指定的水压下，可确保不因浸水而造成损坏 附加字母：防止接近危险部件 A 手背 B 手指 C 工具 D 金属线补充字母：专门补充的信息 H 高压设备 M 做防水试验时试样运行 S 做防水试验时试样静止 W 气候条件编辑本段- 防水试验1、范围 防水试验包括第二位特征数字为1至8,即防护等级代码为IPX1至IPX8。2、各种等级的防水试验内容 （1）IPX1 方法名称：垂直滴水试验 试验设备：滴

13、水试验装置及其试验方法见2.11 试样放置：按试样正常工作位置摆放在以1r/min的旋转样品台上，样品顶部至滴水口的距离不大于200mm 试验条件：滴水量为1 0.5 mm/min； 试验持续时间：10 min； （2）IPX2 方法名称：倾斜 15滴水试验 试验设备：滴水试验装置及其试验方法见2.11 试样放置：使试样的一个面与垂线成15角，样品顶部至滴水口的距离不大于200mm。每试完一个面后，换另一个 面，共四次。 试验条件： 滴水量为3 0.5 mm/min； 试验持续时间： 42.5 min（共10 min）； （3）IPX3 方法名称：淋水试验 试验方法： a.摆管式淋水试验 试验

14、设备：摆管式淋水溅水试验装置(装置图形及其试验方法见本书2.14) 试样放置：选择适当半径的摆管，使样品台面高度处于摆管直径位置上，将试样放在样台上，使其顶部到样品喷水口的距离不大于200mm，样品台不旋转。 试验条件：水流量按摆管的喷水孔数计算,每孔为 0.07 L/min。 淋水时，摆管中点两边各60弧段内的喷水孔的喷水喷向样品。被试样品放在摆管半圆中心。摆管沿垂线两边各摆动60，共120。每次摆动(2120约4s 。 试验时间：连续淋水10 min 。 b.喷头式淋水试验 试验设备：手持式淋水溅水试验装置，装置图形及其试验方法见本书2.14 试样放置：使试验顶部到手持喷头喷水口的平行距离

15、在300mm至500mm之间 试验条件：试验时应安装带平衡重物的挡板，水流量为10 L/min 试验时间：按被检样品外壳表面积计算，每平方米为1 min (不包括安装面积)，最少5 min 。 （4）IPX4 方法名称：溅水试验； 试验方法： a.摆管式溅水试验 试验设备和试样放置：与上述第（3）条 IPX3 之a 款均相同； 试验条件: 除下述条件外，与上述第（3）条 IPX3 之a 款均相同； 喷水面积为摆管中点两边各90弧段内喷水孔的喷水喷向样品。被试样品放在摆管半圆中心。摆管沿垂两边各摆动180，共约360。每次摆动 (2360 约12s 。 试验时间： 与上述第（3） 条 IP文字

16、IP（INTERNATIONAL PROTECTION）防护等级和防水试验所依据的标准有： 1）由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草国际防护和防水试验标准：国际电工委员会标准IEC 529 - 598 2）国标GB 700 - 86 3）GB 4208等。 IP防护等级实验室：目前能进行IP等级试验的实验室主要有环境可靠性与电磁兼容试验中心，航天环境可靠性试验与检测中心、苏州电器科学研究所院、国家电器产品质量监督检验中心等。IEC IP防护等级定义 IP 表示Ingress Protection（进入防护）.IEC IP防护等级是

17、电气设备安全防护的重要. IP等防护级系统提供了一个以电器设备和包装的防尘、防水和防碰撞程度来对产品进行分类的方法，这套系统得到了多数欧洲国家的认可，国际电工协会IEC（International Electro Technical Commission）起草,并在IED529（BS EN 60529：1992）外包装防护等级（IP code）中宣布。 防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。 第一个数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。I代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6； 第二个安字表明设备防水的程度。 P代表防止进水的等级，最高级别是

18、8。 如电机的防护等级IP65,防护等级IP55等等. 接触电气设备保护和外来物保护等级(第一个数字) 电气设备防水保护等级( 第二个数字) 第一个数字 防护范围 第二个数字 防护范围 名称 说明 名称 说明 0 无防护 - 0 无防护 - 1 防护50mm直径和更大的固体外来体 探测器，球体直径为50mm,不应完全进入 1 水滴防护 垂直落下的水滴不应引起损害 2 防护12.5mm直径和更大的固体外来体 探测器，球体直径为12.5mm,不应完全进入 2 柜体倾斜15度时，防护水滴 柜体向任何一侧倾斜15度角时，垂直落下的水滴不应引起损害 3 防护2.5mm直径和更大的固体外来体 探测器，球体

19、直径为2.5mm,不应完全进入 3 防护溅出的水 以60度角从垂直线两侧溅出的水不应引起损害 4 防护1.0mm直径和更大的固体外来体 探测器，球体直径为1.0mm,不应完全进入 4 防护喷水 从每个方向对准柜体的喷水都不应引起损害 5 防护灰尘 不可能完全阻止灰尘进入，但灰尘进入的数量不会对设备造成伤害 5 防护射水 从每个方向对准柜体的射水都不应引起损害 6 灰尘封闭 柜体内在20毫巴的低压时不应进入灰尘 6 防护强射水 从每个方向对准柜体的强射水都不应引起损害 注：探测器的直径不应穿过柜体的孔 7 防护短时浸水 柜体在标准压力下短时浸入水中时，不应有能引起损害的水量浸入 8 防护长期浸水

20、 可以在特定的条件下浸入水中，不应有能引 认识电子产品的防水等级JIS(IPX) 0 无保护 1 防滴I型 垂直落下的水滴无有害的影响 2 防滴II型 与垂直方向成15范围内落下的水滴无有窑的影响 3 防雨型 与垂直方向成60度范围内降雨无有宾的影响 4 防溅型 受任意方向的水飞溅无有害的影响 5 防喷射型 任意方向直接受到水的喷射无有害的影响 6 耐水型 任意方向直接受到水的喷射也不合讲人内部 7 防浸型 在规定的条件下即使浸在水中也不全许人内部 8 水中型 长时间浸没在一定压力的水中照样能使用 9 防湿型 在相对湿度大90以卜的湿气 样能体用 国际工业标准防水登记IP和日本工业标准的JIS

21、防水等级是接近的,分0-8的9级,IP等级同样对防尘做了规定。 IPxx 防尘防水等级 防尘等级 (第一个X表示) 防水等级 (第二个X表示) 0 ：没有保护 1 ：防止大的固体侵入 2 ：防止中等大小的固体侵入 3 ：防止小固体进入侵入 4 ：防止物体大于 1mm 的固体进入 5 ：防止有害的粉尘堆积 6 ：完全防止粉尘进入 0 ：没有保护 1 ：水滴滴入到外壳无影响 2 ：当外壳倾斜到 15 度时，水滴滴入到外壳无影响 3 ：水或雨水从 60 度角落到外壳上无影响 4 ：液体由任何方向泼到外壳没有伤害影响 5 ：用水冲洗无任何伤害 6 ：可用于船舱内的环境 7 ：可于短时间内耐浸水（ 1m

22、 ） 8 ：于一定压力下长时间浸水 例：有秤或显示仪表标示为IP65，表示产品可以 完全防止粉尘进入及可用水冲洗无任何伤害。 IPXX等级中关于防水实验的规定。 （1）IPX 1 方法名称：垂直滴水试验 试验设备：滴水试验装置 试样放置：按试样正常工作位置摆放在以 1r/min 的旋转样品台上，样品顶部至滴水口的距离不大于 200mm 试验条件：滴水量为 10。5 mm/min 持续时间：10 min （2）IPX 2 方法名称：倾斜 15滴水试验 试验设备：滴水试验装置 试样放置：使试样的一个面与垂线成 15角，样品顶部至滴水口的距离不大于 200mm 。每试验完一个面后，换另一个面，共四次

23、。 试验条件： 滴水量为 30。5 mm/min 持续时间： 42。5 min（ 共10 min ） （3）IPX 3 方法名称：淋水试验 试验方法： a。 摆管式淋水试验 试验设备：摆管式淋水溅水试验装置 试样放置：选择适当半径的摆管，使样品台面高度处于摆管直径位置上，将试样放在样台上，使其顶部到样品喷水口的距离不大于 200mm ，样品台不旋转。 试验条件：水流量按摆管的喷水孔数计算，每孔为 0。07 L/min ，淋水时，摆管中点两边各 60 弧段内的喷水孔的喷水喷向样品。被试样品放在摆管半圆中心。摆管沿垂线两边各摆动 60，共 120。每次摆动( 2120) 约 4s 试验时间：连续淋

24、水 10 min b。 喷头式淋水试验 试验设备：手持式淋水溅水试验装置 试样放置：使试验顶部到手持喷头喷水口的平行距离在 300mm 至 500mm 之间 试验条件：试验时应安装带平衡重物的挡板，水流量为 10 L/min 试验时间：按被检样品外壳表面积计算，每平方米为 1 min (不包括安装面积)，最少 5 min （4）IPX 4 方法名称：溅水试验 试验方法： a摆管式溅水试验 试验设备和试样放置：与上述 IPX 3 之 a 款均相同； 试验条件: 除后述条件外，与上述 IPX 3 之 a 款均相同；喷水面积为摆管中点两边各 90弧段内喷水孔的喷水喷向样品。被试样品放在摆管半圆中心。

25、摆管沿垂线两边各摆动 180，共约 360。每次摆动 ( 2360) 约 12s 试验时间： 与上述 IPX 3 之 a 款均相同 ( 即10 min )。 b喷头式溅水试验 试验设备和试样放置：与上述 IPX 3 之 b 款均相同； 试验条件：拆去设备上安装带平衡重物的挡板，其余与上述 IPX 3 之 b 款均相同； 试验时间：与上述 IPX 3 之 b 款均相同， 即按被检样品外壳表面积计算，每平方米为 1 min (不包括安装面积) 最少 5min （5）IPX 5 方法名称：喷水试验 试验设备：喷嘴的喷水口内径为 6。3mm 试验条件：使试验样品至喷水口相距为 2。5m 3m ，水流量

26、为 12。5 L/min ( 750 L/h ) 试验时间：按被检样品外壳表面积计算，每平方米为 1 min (不包括安装面积) 最少 3 min （6）IPX 6 方法名称：强烈喷水试验； 试验设备：喷嘴的喷水口内径为 12。5 mm 试验条件：使试验样品至喷水口相距为 2。5m 3m ，水流量为 100 L/min ( 6000 L/h ) 试验时间：按被检样品外壳表面积计算，每平方米为 1 min（不包括安装面积）最少 3 min （7）IPX 7 方法名称：短时浸水试验 试验设备和试验条件：浸水箱。其尺寸应使试样放进浸水箱后，样品底部到水面的距离至少为 1m 。试样顶部到水面距离至少为

27、 0。15m 试验时间: 30 min （8）IPX 8 方法名称: 持续潜水试验； 试验设备,试验条件和试验时间: 由供需（买卖）双方商定，其严酷程度应比 IPX 7 高。 注意：另外,许多户外用电子产品也在强调漂浮能力。 常见的防水插座IP防护等级为IP44室内防溅，IP67室外用，还有一些IP55IP68IP66等，常见品牌：SCAME（意大利）曼乃克斯 霸斯（德国）；国内威浦、怡达AQL的意义及其确定方法 利用国家标准制定统计抽样检验方案时，质量水平（AQL，PRQ，LQ，RQL，AOQ，AOQL），检查水平（IL），批量N，通常是检索抽样方案的重要参数。选择检查水平（IL）与批量（N

28、）的规定或原则一般比较明确，容易掌握。而对质量水平的选择是一个生产方和适用方共同关注的焦点，涉及到质量控制、生产管理、营销策略并且和统计检验的理论和实践联系在一起，头绪较多，不易掌握。这里仅就质量水平主要是可接收质量水平AQL的意义，重点对连数批抽样计划设计过程中确定AQL的原则、方法以及AQL的分配做一介绍，供个位在工作过程中参考。 1、 质量水平的意义 我们首先简要地介绍几个有关统计抽样检验标准中几个涉及质量水平的概念，他们是：可接收质量水平AQL，生产方风险质量PRQ，极限质量水平LQ，不合格质量水平RQL，平均检出（出厂）质量AOQ，平均检出（出厂）质量上限AOQL。11 可接收质量水

29、平AQL 111 AQL的定义 对于连续批序列，为进行抽样检查，认为满意的过程平均的最低的质量水平。112 AQL的意义 当提交批为一系列的连续批时，采用GB/T2828的抽样计划，主要目的是当批质量处于AQL时能以高概率接收，即在批质量处在合格质量水平时控制生产方的风险比较小。这样一方面保护生产方；一方面告诉生产方，只要他的产品的过程平均质量比AQL好。那么，绝大部分的批可以被使用方接收，这样就可以促使生产方保持和改进产品质量。另一方面，通过调整检查的严格度也可以促使生产方改进产品质量。1 13 AQL的作用 主要用于检索连续批抽样计划。见于GB/T2828，ISO2859，GB/T6378

30、。 12 生产方风险质量PRQ 121 PRQ的定义 生产方按合同规定提供产品批的质量p0符合要求，但按照统计抽样检验方案该批仍有可能被拒收。这个p0就是PRQ。 122 PRQ的意义 一般情况下当产品的质量等于PRQ是。统计抽样方案应依高概率接收（1-）。它实质上就是我们常说的合格质量水平，也可把它称为合格质量水平，也记为AQL。可能被拒收的可能性，就是生产方承担的风险-在统计上称为弃真概率。 122 PRQ的意义 PRQ是制定统计抽样方案一个重要参数。出于保护生产方的统计抽样方案、两点型统计抽样方案都要用到PRQ。 13 极限质量LQ与适用方风险质量CRQ 131 LQ与CRQ的定义 13

31、2 LQ与CRQ的意义 如果检验批足孤立批或很少的几批，以至无法调整检验的严格度时，严格控制住一个劣质批被判为合格的机会就显得格外重要了。也有这样的情形，对生产方来说，他所生产的确实是一系列的连续批；但是，使用方却只购买其中的中独一批，这样的使用方也特别关心LQ值。 133 LQ与CRQ的作用 在GB/T8051，GB/T13546和GB/T15239中部使用了LQ作为批质量指针。 14 平均检出质量AOQ与平均检出质量上限AOQL 141 AOQ与 AOQL的意义 142 AOQ与 AOQL的作用 2、 确定AQL的原则 AQL是可接收的和不可接收的过程平均的分界线，是与抽样计划有关的一个质

32、量参数，也是从GB/T2828这样一个抽什系统中检索抽样计划的一种索引，为了确定适当的AQL值，这里提出一些原则；但是，迄今还没有一种方法可以运用于一切不同的场合。下面给出确定AQL时应遵循的一些原则 AQL值是一个满意的过程平均质量，预期供货方的批平均质量不会超过此值。 考虑产品的用途和由于产品失效所引起的后果。比如，同一种规格的电子组件，用于一般民用设备比用于军事设备时AQL值可以大一些；用于普通仪表比用于精密仪表时的AQL值可以大一些。 AQL虽然不是对于个别批质量的要求，但如果确实知道某一批产品的每百单位产品不合格品数（或每百单位产品不合格数）不超过规定的AQL值，应接收该批；否则应拒收