由于地球的能源不断的减少，温室效应所造成的环境问题，也越趋严重，节能减碳，降低温室效应以及减低资源的耗损速度等，成为人类共同的责任。近几年LED随技术与制程能力不断提升，高亮度产品品质与使用寿命提高后，逐渐扩展应用领域到做为室内外照明灯源、LCD产品背光模组、车用灯具组等较高阶产品。再者，LED产品普遍具有体积小、省电、无毒性、光源具方向性、维修费用低等的优点，因而再度受到世人重视，产业因此成为一项重要的发展。

若以电子产品等级架构Level 0～Level 3（注：L0～L3表示电子产品自晶圆制造、构装、上板组装、系统成品等四阶段）的观点来看，LED产品则是自上游至下游均以其为命名主体。

由于产品的普及化与应用范围越来越广泛，因而可靠度的要求得以受到重视。国际主要LED大厂均有一套独立的验证标准，中华民国国家标准（以下简称CNS）亦针对主要LED产业订定相关试验标准。本文主要站在LED制造者或使用者的立场来探讨对应不同的使用环境与场所，较具有效益之可靠度试验项目以及这些试验之基本原理，可做为制造者依据不同产品类别选择较有效益的可靠度试验，亦可作为平时生产抽样检验之用。

零件可靠度试验

LED零件结构可概分为表面黏着型（SMD）与插件型（DIP）两大类别。 LED零件与一般IC封装所使用材料不同，但结构相近且较简易。 LED零件的主要可靠度试验可分为：可靠度试验预处理流程、环境寿命试验、焊锡性、耐热性、静电（ESD）等项目，并于试验前后以光学特性量测计算其光学特性衰退情形做为判断基准。依使用环境与区域不同，得以选择适当的试验项目进行验证。

可靠度试验预处理流程(Preconditioning)

预处理流程适用于SMD型LED，其目的系模拟LED零件在系统厂组装过程，并且使用较严苛条件，迫使零件吸湿后进行热应力试验，是执行LED零件可靠度试验的标准前处理作业流程。 5cycle温度循环试验（图一）目的是模拟使用前包括运输或筛选任何可能的早夭风险，经过高温烘烤后（Baking）再将零件置入湿气环境中，一般吸湿条件对SMD型LED来说通常采用Level 3做为验证标准，对户外使用与高可靠度需求之LED零件则采Level 1做为验证标准。说明如图一所示。

《图一 SMD零件预处理流程》

环境寿命试验（Environmental Life Test）

环境寿命试验是LED零件可靠度试验的主要项目。透过温度、湿度、电流等组合进行产品寿命加速失效模拟，常用项目与原理如下：

高温点亮寿命试验（HTOL）

由于LED散热问题，零件本身的长时间高温点亮即是采加速应力模式以模拟实际使用情形，并观察其亮度衰减率以估算产品寿命值。高温寿命加速试验是最典型的寿命实证方法之ㄧ，以阿瑞尼亚士方程式（Arrhenius’ Law）来估算产品活化能以计算高温加速因子。下述为阿瑞尼亚士方程式的基本型，图二则为活化能 Ea的推估方法。

《公式一 阿瑞尼亚士方程序》

温度循环试验是对于经常性开关机或环境日夜温度变化大的场所（特别是户外使用之产品）所进行的高温与低温循环加速型试验，目的是利用零件材料热膨胀系数不匹配，对零件结构产生的疲劳效应。另可使用温度循环通电试验（PTC），属于动态模拟，除了温度变化应力外还加入的电源点灭因子，对LED零件之可靠度验证效益颇大，但执行试验时须设计测试电路板。

《图二 活化能估算图》

温度循环试验（TCT）

耐湿性循环通电试验（Moisture Resistance Test）

多数LED产品之零件为外露设计，须直接承受外部温、湿影响，尤其是对使用于湿热带区域环境因为零件材料吸收水气与水气凝结等效应，在长期使用下造成零件腐蚀损坏。温湿度循环试验可加速氧化腐蚀风险评估，常用试验曲线如图三。

《图三 耐湿试验温湿循环曲线》

稳态温湿偏压试验（THB）

不同于耐湿性循环通电试验，此试验所提供的是一个稳态测试环境，对于SMD零件较适用，透过提供高温高湿与偏压，以加速使得水气经由保护外层或结合介面穿透渗入零件内部，此试验属于较缓和的长期老化试验。

耐热性试验（Heat Resistance Test）

LED DIP构装在市场上仍占有一定比例，且多为价格昂贵的高功率产品，系统组装多采波焊（Wave Soldering）作业，故此类零件不能套用SMD型元件的预处理流程验证，而是使用浸锡法（Solder Dip）260±5℃沉浸10秒钟，以模拟波焊过程中零件与焊锡瞬间接触所产生的热冲击之忍受力。

焊锡性试验（Solderability Test）

焊锡性试验有数种手法，需依照LED零件的构装方式选定。焊锡性试验除可确保零件焊接点镀层品质，亦可保证在成品组​​装过程中的焊点结合品质。此外，沾锡天平（Wetting Balance）则可用来评估零件脚与锡的润湿反应速度，以评估使用的风险或做为组装条件修正之操考。典型的沾锡天平图如图四所示，判定重点为t1与t2两个时间点。

《图四 沾锡天平曲线图》

静电试验（ESD Test）

LED属于静电敏感零件，试验以人体静电模式（Human Body Mode；HBM）和零件本体累积电荷放电模式（charge device mode；CDM）为主。试验前须先将LED焊接于测试公用板上，再转接于静电测试机台为常用之测试模式（如图五），目前LED厂均以8KV为挑战目标。

《图五 LED ESD能力测试示意图》

LED产品可靠度试验

LED到了系统成品端（如照明灯具），由于成品较单一LED零件来的复杂（包含零件、电路控制板、电源供应器、焊点接合、机械结构组成等），影响LED成品之可靠度因素也因此大幅增加，为了确保灯具在生命周期中之品质与可靠度，采用整座灯具去执行环境模拟与可靠度试验是极重要的一件事。在试验过程中所观察重点不仅局限于LED零件上，而是对灯具进行整体性评估，环境应力种类包括高低温、温湿度、温度冲击、温度循环、高地使用、日照、盐雾、气体腐蚀、灰尘、雨淋、霜/雪/冰雹、静电、雷击、电源干扰、电源变动、电磁辐射干扰与安全性试验等。试验一般分成三大类来说明。

自然环境类试验（Climatic Test）

一般而言，温度试验分为高温（热）及低温（冷）试验，灯具成品在进行高低温试验时搭配热开机（Hot start）与冷开机（Cold start）的试验，可更凸显其效益。有关成品之寿命试验亦多采用高温加速方式进行（Arrhenius’ Law）。

湿度试验也是模拟灯具成品在各种不同湿度变化环境中之耐环境能力，对于组装后电路板是否因电子迁移而造成短路在此试验上效益颇大（图六）。

《图六　电子迁移短路》

温度循环试验，在前述「LED零件可靠度」的部份已说明过其目的，但因灯具成品组成结构远较LED 零件复杂，故针对灯具试验结果之审核不仅是LED是否点亮，包括结构是否产生变形、焊点是否龟裂等亦是观察重点。

动力环境类试验（Dynamic Test）

在应用上动力环境试验都以机械结构、焊点品质或运输环境模拟为主，应力种类包括振动、机械冲击、落下等。此类应力易造成灯具成品在组装机构上的失效，如焊点脆裂、零件脱落、灯罩破损、开关按键跳脱等，对于应用于手持型产品之LED模组更需留意在动力环境中的设计强度水准，故设计人员在机构开发上需评估产品使用环境或目的，来选择适当应力进行验证才能确保品质。 （图七）

《图七 动力试验后焊点断裂》

户外用产品之环境类试验（Outdoor Test）

由于户外使用环境较室内使用环境严格许多，除了在温度与湿度之耐环境度能力须增加外，尚包括日光照射试验、防水/防尘试验、盐雾试验与气体腐蚀性试验等。

日照试验之目的系模拟太阳光谱照射，测试户外用灯具在接受到光照射时，会不会受到辐射热影响而出现寿命变短，材料裂化等，灯具外壳经曝晒后是否产生颜色退化现象等。

防水防尘试验对于户外用灯具是重要的试验项目，通常采IEC 60529做为验证标准，其IPXX等级的取决标准是依据灯具于使用环境时所碰触到此二种应力的机率，若机率高，所选用的防水防尘等级也就必需越高；反之，则越低。以CNS 15233为例，LED路灯之发光室须符合IP65， 控制室则须符合IP54。

盐雾试验，对于海岛型国家盐雾试验则更形重要，主要是验证表面涂料，结构锈蚀与金属接点耐盐雾腐蚀之能力，常见是以温度摄氏35度、盐水浓度5％的盐水喷雾做为验证条件。

气体腐蚀性试验，由于户外大气环境中存在微量二氧化硫、硫化氢与氯气等，这些微量气体对于电子连结器（镀金）之腐蚀力什强（图八），因此国际大厂对于使用于户外之产品（如手机、车用产品等），皆以IEC或EIA气体腐蚀性试验做为验证标准。

《图八 镀金接点腐蚀情形》

结语

LED应用面越趋广泛，但若是没有良好的LED零件、PC板、模组可靠度，则不可能有良好的成品可靠度。因此，各产品层级均应扮演好各自角色并做好供应链管理，同时在产品开发初期即应妥善规划适宜的验证手法才得以确保最终产品之品质。

（作者谢翰坤为宜特科技零件可靠度工程部资深经理、李博凡为宜特科技系统可靠度工程部经理）