LED燈具所涉及的技術問題很多、很復雜，其中主要是系統(tǒng)可靠性問題，包含LED芯片、封裝器件、驅(qū)動電源模塊、散熱和燈具的可靠性。以下分別對這些問題進行分析：
1.LED燈具可靠性相關內(nèi)容介紹
在分析LED燈具可靠性之前，先對LED可靠性有關的基本內(nèi)容作些介紹，將對LED燈具可靠性的深入分析有所幫助。
(1)本質(zhì)失效、從屬失效
LED器件失效一般分為二種：本質(zhì)失效和從屬失效。本質(zhì)失效指的是LED芯片引起的失效，又分為電漂移和離子熱擴散失效。從屬失效一般由封裝結構材料、工藝引起，即封裝結構和用的環(huán)氧、硅膠、導電膠、熒光粉、焊接、引線、工藝、溫度等因素引起的。
(2)十度法則
某些電子器件在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，其主要技術指標下降一半(或下降1/4)。實踐證明，LED器件熱沉溫度在50℃至80℃時，LED壽命值基本符合十度法則。最近也有媒體報道：LED器件溫度每上升2℃，其壽命下降10%，當溫度從63℃上升至74℃時，平均壽命下降3/4。因為器件封裝工藝不同，完全可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
(3)壽命的含義
LED壽命是指在規(guī)定工作條件下，光輸出功率或光通量衰減到初始值的70%的工作時間，同時色度變化保持在0.007內(nèi)。
LED平均壽命的意義是LED產(chǎn)品失效前的工作時間的平均值，用MTTF來表示，它是電子器件最常用的可靠性參數(shù)。
可靠性試驗內(nèi)容包括可靠性篩選、環(huán)境試驗、壽命試驗(長期或短期)。我們這里所討論的只是壽命試驗，其他項目暫不考慮。
(4)長期壽命試驗
為了確認LED燈具壽命是否達到3.5萬小時，需要進行長期壽命試驗，目前的做法基本上形成如下共識：因GaN基的LED器件開始的輸出光功率不穩(wěn)定，所以按美國ASSIST聯(lián)盟規(guī)定，需要電老化1000小時后，測得的光功率或光通量為初始值。之后加額定電流3000小時，測量光通量(或光功率)衰減要小于4%，再加電流3000小時，光通量衰減要小于8%，再通電4000小時，共1萬小時，測得光通量衰減要小于14%，即光通量達到初始值的86%以上。此時才可證明確保LED壽命達到3.5萬小時。
(5)加速(短期)壽命試驗
電子器件加速壽命試驗可以在加大應力(電功率或溫度)下進行試驗，這里要討論的是采用溫度應力的辦法，測量計算出來的壽命是LED平均壽命，即失效前的平均工作時間。采用此方法將會大大地縮短LED壽命的測試時間，有利于及時改進、提高LED可靠性。加溫度應力的壽命試驗方法在文章[2]中已詳細論述，主要是引用“亞瑪卡西”(yamakoshi)的發(fā)光管光功率緩慢退化公式，通過退化系數(shù)得到不同加速應力溫度下LED的壽命試驗數(shù)據(jù)，再用“阿倫尼斯”(Arrhenius)方程的數(shù)值解析法得到正常應力(室溫)下的LED的平均壽命，簡稱“退化系數(shù)解析法”，該方法采用三個不同應力溫度即165℃、175℃和185℃下，測量的數(shù)據(jù)計算出室溫下平均壽命的一致性。該試驗方法是可靠的，目前已在這個研究成果上，起草制定“半導體發(fā)光二極管壽命的試驗方法”標準，國內(nèi)一些企業(yè)也同時研制加速壽命試驗的設備儀器。
2. LED器件可靠性
LED器件可靠性主要取決于二個部分：外延芯片及器件封裝的性能質(zhì)量，這二種失效機理完全不一樣，現(xiàn)分別敘述。
(1)外延芯片的失效
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結部分的位錯和缺陷的數(shù)目和分布情況，金屬與半導體接觸層質(zhì)量，以及外延層及芯片表面和周邊沾污引起離子數(shù)目及狀況有關。芯片在加熱加電條件下，會逐步引起位錯、缺陷、表面和周邊產(chǎn)生電漂移及離子熱擴散，使芯片失效，正是上面所說的本質(zhì)失效。要提高外延芯片可靠性指標，從根本上要降低外延生長過程中產(chǎn)生的位錯和缺陷以及外延層表面和周邊的沾污，提高金屬與半導體接觸質(zhì)量，從而提高工作壽命的時間。目前有報道，對裸芯片作加速壽命試驗，并進行推算，一般壽命達10萬小時以上，甚至幾十萬小時。
(2)器件封裝的失效
有報道稱：LED器件失效大約70%以上是由封裝引起，所以封裝技術對LED器件來說是關鍵技術。有關LED器件封裝技術在文章[3]、[4]中有詳細論述，所以在此不作介紹，只簡要分析有關LED器件封裝的可靠性問題。LED封裝引起的失效是從屬失效，其原因很復雜，主要來源有三部分：
其一，封裝材料不佳引起，如環(huán)氧、硅膠、熒光粉、基座、導電膠、固晶材料等。
其二，封裝結構設計不合理，如材料不匹配、產(chǎn)生應力、引起斷裂、開路等。
其三，封裝工藝不合適，如裝片、壓焊、點膠工藝、固化溫度及時間等。
為提高器件封裝可靠性，首先在原材料選用方面要嚴格控制材料的質(zhì)量，在封裝結構上除了考慮出光效率和散熱外，還要考慮多種材料結合在一起時的熱漲匹配問題。在封裝工藝上，要嚴格控制每道工序的工藝流程，盡量采用自動化設備、確保工藝的一致性及重復性，保障LED器件性能和可靠性指標。
現(xiàn)階段國內(nèi)LED驅(qū)動電源有較多質(zhì)量問題，據(jù)報道，LED燈具失效，約70%以上是由驅(qū)動電源引起，這個問題應引起行內(nèi)業(yè)者的重視。首先來分析電源模塊功能，一般由四部分組成：
電源變換：高壓變低壓、交流變直流、穩(wěn)壓、穩(wěn)流。
驅(qū)動電路：分立器件或集成電路能輸出較大功率組成的電路。
控制電路：控制光通量、光色調(diào)、定時開關及智能控制等。
保護電路：保護電路內(nèi)容太多，如過壓保護、過熱保護、短路保護、輸出開路保護、低壓鎖存、抑制電磁干擾、傳導噪聲、防靜電、防雷擊、防浪涌、防諧波振蕩等。
作為LED驅(qū)動模塊的功能，電源變換和驅(qū)動電路一定要有，控制電路要看實際需求而定，保護電路要根據(jù)實際產(chǎn)品可靠性的需要來確定，采取保護電路，需要增加費用，這與電源的成本是矛盾的。有報道稱，如果電源成本每瓦平均2~3元，其性價比還是較高。如何提高驅(qū)動電源模塊質(zhì)量，確保LED燈具的可靠性，原則上應采取以下幾點措施：
其一，電源模塊必須選用品質(zhì)好的電子元器件。
其二，整體線路設計合理，包含電源變換、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路。
其三，選用合適的保護電路，既可保護模塊性能質(zhì)量，又不增加太多的成本。
根據(jù)現(xiàn)有電源驅(qū)動模塊的質(zhì)量水平，要確保LED燈具壽命達到3.5萬小時，其難度是很大的。