《是它們“左右著”LED的品質》

       大部分照明設計者認為，所有LED產品的品質都是一樣的。其實不然。對于簡單指示照明，低品質的LED就足以滿足要求了。但在要求一致性、可靠性的固態指示或照明等應用領域里必須采用高品質的LED，尤其是在惡劣環境下，例如：在高速公路、軍用、航空，以及工業應用等。

圖1：北京大興國際機場

一、根本因素

      區分LED質量高低的因素是哪些？如何說出兩種LED的差別？實際上，選擇高質量的LED可以從芯片開始，直到組裝完成，這期間有許多因素需要考慮。

      制造公司能夠生產優良的、指標一致的晶圓是從高品質的LED制造材料做起的，進而可以制造出優良的芯片。

      在決定LED所有性能指標的條件中，晶圓生產工藝所采用的化學材料是相當重要的因素。一片2英寸晶圓可以切割出6000多個LED芯片，這里面僅有個別芯片的性能指標與整體不同。

      而一個優秀的芯片生產商制造的芯片在顏色、亮度和電壓降等方面的差異性非常小。當LED芯片封裝完成后，它們的許多性能指標就有可能存在很大的差別，如視角。此外，封裝材料的影響也是相當大的，例如，硅樹脂就比環氧樹脂的性能好。

二、分類能力

      優秀的LED制造商不僅能制造高質量的芯片，而且也具有根據LED的顏色、亮度、電壓降和視角的不同而對其進行分類包裝的能力。

      高品質LED供應商會向客戶提供工作特性一致的產品，而品質較低的LED供應商則只能提供類似于“混裝”的LED。

      對于高端的、質量要求嚴格的應用領域，例如機場跑道的邊界燈，必須滿足FAA級的顏色和亮度規范，為保證性能和安全，LED包裝的一致性也是被嚴格限定的。

      包裝等級較差的LED被用在要求嚴格的應用領域會導致過早發生故障等一系列非一致性問題，很有可能釀成重大事故。

      為了避免設備停機和保證設計中規定的LED具有可靠的工作特性，在高端和質量要求嚴格的應用中避免使用 “混裝”產品是相當重要的。

圖2：長沙寧鄉劉少奇同志紀念館

三、產品配套能力

      除了分立LED，LED的組裝和供電對于它的性能、亮度和顏色等指標都有非常重要的影響。由于環境溫度、工作電流、電路結構、電壓尖峰和環境因素等都能夠影響LED的性能指標，恰當的電路設計和組裝是保護LED和保證性能的關鍵。

      LED制造商也使用多種技術和不同的材料來設計電路結構和組裝，大多數情況下，LED裝配者的經驗高低的差別會造成同一個應用中的LED在整體性能和可靠性上存在差異。

      隨著LED需求的迅速增長，服務全球市場的制造商和組裝廠同樣迅速增加。但令人遺憾的是，激增的支持廠家不僅大量采用低品質的LED，他們的封裝和LED 設計工程師經驗也相對不足。

      因此，除了通過已有的經驗準確篩選LED供應商外，OEM廠商也必須考察他們的電路設計和組裝技術以確保滿足設計規范，以及設計是否提供了足夠的散熱能力，因為導致LED發生故障和性能不一致的主要因素是過熱。

      為確保滿足設計要求，OEM必須檢測LED的組裝和電路結構。

四、第三方測試

      為了消除測試中存在的不公正，許多公司都委托第三方來測試LED的組裝和電路結構。一個LED器件可能在苛刻環境下測試或使用數周。

      在測試過程中，同時進行壓力、溫度循環、電壓固定/變化、電流固定/變化等測試，以及其他苛刻環境條件下的測試來決定LED是否滿足應用的要求。

      測試前后發生的大量的參數改變都要被記錄下來，同時要監視被測LED亮度、顏色和電壓降的變化。

      加速生命周期測試是特殊應用領域內避免故障的一個關鍵測試。測試有助于確保篩選出那些期望至少可以工作100000小時，但僅工作1000小時就提前發生故障的LED。

      這種情況是可能出現的，因為低品質的LED（也可能是組裝設計得不合理的高品質LED）在工作1000小時后亮度就會降低。

      實際上，一個低品質的LED如果有更高的驅動電流，在工作初期會比高品質的LED更亮，然而，過高的電流會使LED發熱過快，最終結果是亮度變暗或燒毀。

      另外，組裝技術在某種程度上對LED性能的影響要比芯片本身還大的例子也是有的。設計工程師應該向LED供應商索要LED的可靠性規范，并且也應該進行 LED的組裝測試以保證亮度比較高的確實更好。

      優秀的LED供應商可以保證他們的LED組裝技術的可靠性能夠持續三年或更長，并且可以進一步提供包含高品質LED和針對特殊應用而進行的恰當設計在內的最終LED產品。

圖3：北京大興國際機場

五、檢測的重要性

      兩個在運輸領域內的應用有助于解釋充分的測試如何防止LED在提供高度可視性的應用中發生故障。

      在20世紀90年代早期，LED用于轎車和卡車的剎車燈。有些LED設計很快就出現了性能指標上的不一致性，并很快燒毀了，其原因或許是由于LED的質量問題，或許完全是產品本身的設計問題。直到最近，在交通信號燈方面，當LED成為更合適的光源時，這種現象才被重視。

      設計布滿LED的直徑8英寸或12英寸的印制板的公司必須在選擇LED和改善設計等方面考慮環境和應用需求。

      以上任何情況，如果壓力測試或加速生命周期測試都已經做過了，就可以認為是高質量的LED或LED的組裝是合格的，也就可以應用在需要更長使用壽命和更高可靠性的場合了。

圖4：寧夏中衛沙漠星星酒店

六、合理使用

      不是每個應用都需要高質量LED組裝技術的。如果LED的組裝不符合苛刻環境的要求，應用也不一定會出現較大的安全風險，或者，如果最終產品的維修成本不是很高，采用差一些的組裝技術也許更合適。

      最根本的一點是LED必須是能夠買得起的。因此，在成本要求限制之內，就必須考慮供應商產品的包裝等級、組裝設計的經驗和測試等因素。

      滿足應用及市場需求的設計是服務于最終用戶的最有效手段。

      如果應用需要高端解決方案，那么芯片供應商的選擇、設計經驗，以及測試都是應該考慮的因素。如果不考慮高端產品的銷售價格，就應該仔細斟酌區別好與壞LED的其他相關因素。

      具備對包裝等級進行分類能力的LED供應商，以及能夠進行可靠性、加速生命周期測試的廠商是可以進行長期合作的，這有助于制造商采用更可靠的LED開發高端產品。