摘要：LED 顯示屏具有高亮度、安裝靈活、低耗等優(yōu)點(diǎn), 使得它在顯示面積較為靈活視距較遠(yuǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。目前, 中國(guó)有近千家LED 顯示屏廠商, 但具有一定生產(chǎn)規(guī)模的不足百家。在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中, 用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。
1 前言
LED 顯示屏具有高亮度、安裝靈活、低耗等優(yōu)點(diǎn), 使得它在顯示面積較為靈活視距較遠(yuǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。目前, 中國(guó)有近千家LED 顯示屏廠商, 但具有一定生產(chǎn)規(guī)模的不足百家。在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中, 用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。
產(chǎn) 品的性價(jià)比在決定高技術(shù)產(chǎn)品是否能占據(jù)大的*時(shí)就成了zui重要的因素之一。目前, 消費(fèi)者在選擇產(chǎn)品時(shí)已越來越重視產(chǎn)品的性價(jià)比, 即產(chǎn)品的使用價(jià)值是否與產(chǎn)品本身的銷售價(jià)值相當(dāng)。當(dāng)然產(chǎn)品的使用價(jià)值取決于許多因素, 如產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品所提供的功能、市場(chǎng)的性、當(dāng)然還包括產(chǎn)品的壽命等。
對(duì)于產(chǎn)品而言, 其壽命可分為經(jīng)濟(jì)壽命、技術(shù)壽命、使用壽命和平均壽命。產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命( 又稱價(jià)值壽命) , 是根據(jù)產(chǎn)品的使用費(fèi)( 包括維持費(fèi)和折舊費(fèi)) 來確定的壽命, 通常是指在zui低年平均使用成本的基礎(chǔ)上, 產(chǎn)品的使用期限; 經(jīng)濟(jì)壽命用于確定產(chǎn)品的*折舊年限和*更新時(shí)機(jī); 技術(shù)壽命是產(chǎn)品在技術(shù)上有存在價(jià)值的期限, 即從產(chǎn)品開始使用, 至被技術(shù)上更為*的新型設(shè)備所替代的全部經(jīng)歷期, 技術(shù)壽命的長(zhǎng)短決定于設(shè)備無形磨損的速度, 事實(shí)上, 目前LED 顯示屏的技術(shù)壽命一般只有3 年;使用壽命是指產(chǎn)品從投入使用到*失效的時(shí)間。LED 顯示屏作為集LED 顯示技術(shù)、視覺原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻技術(shù)、電子技術(shù)于一體的集成系統(tǒng), 又可以分割成相互獨(dú)立的部分, 而其中每一部分均具有可替換性, 因此在實(shí)際使用中, LED 顯示屏的使用壽命相當(dāng)長(zhǎng), 有的甚至可達(dá)數(shù)十年之久。平均壽命( 又稱平均*工作時(shí)間或MTBF) 是指兩次故障之間所經(jīng)歷的時(shí)間, 是一種統(tǒng)計(jì)平均值, MTBF 值的確定, 通常采用理論統(tǒng)計(jì)法和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法, 理論統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)器件、組件及約束條件的實(shí)際情況, 累計(jì)平均得到的數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)工廠或?qū)嶒?yàn)室破壞性記錄, 累計(jì)平均得到的數(shù)據(jù)。不管用何種方法產(chǎn)品的可靠性的變化都是有規(guī)律的。以失效率為例, 其隨時(shí)間的變化曲線像一只浴盆, 這就是通常所說的"浴盆曲線", 如圖1 所示。從浴盆曲線可以看出, 產(chǎn)品的壽命期可分為三個(gè)階段: 早期壽命期; 使用壽命期; 損耗壽命期。
圖1 產(chǎn)品失效的“浴盆曲線"
上 圖所示為的" 浴盆" 曲線, 左邊斜線部分為早期故障率, 其故障率一般較高且隨著時(shí)間推移很快下降。曲線中部為使用壽命期, 其故障率一般很低且基本固定。zui右部為耗損期, 失效率急速升高。電子產(chǎn)品制造商一般通過測(cè)試、老化、篩選等手段將早期故障盡量剔除, 然后提供給客戶使用。當(dāng)使用壽命期將盡, 產(chǎn)品也即將進(jìn)入故障高發(fā)期, 需要報(bào)廢或更新?lián)Q代了。
2 環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
2.1 溫度對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
眾 所周知, 任何產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)并且只有在合適工作條件下的故障率才很低, 而LED 顯示屏作為集成的電子產(chǎn)品, 它主要由裝連有電子元器件的控制板、開關(guān)電源、發(fā)光器件等組成, 而所有這些的壽命都與工作溫度有密切的關(guān)系。如果實(shí)際工作溫度超過了產(chǎn)品規(guī)定的使用范圍, 不僅壽命會(huì)縮短,而且產(chǎn)品本身也會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。
僅以電容器為例, 不考慮紋波、頻率、ESR 等因素, 電容器的估計(jì)壽命可用下述公式表示:
其中, L0 表示zui高工作溫度下的壽命, Tmax 表示zui高工作溫度, Ta 表示實(shí)際環(huán)境溫度。由此可見, 如果環(huán)境溫度每升高10℃, 電容器壽命將下降一倍。
圖2 電容器壽命和環(huán)境溫度的關(guān)系
由 上圖右面的曲線可明顯看出, 隨著電容器工作環(huán)境溫度的上升, 其有效壽命急劇縮短。其中有效壽命是指該種電容器達(dá)到給定故障率的時(shí)間。而對(duì)于電子元器件, 它的失效率更受到溫度的影響, 通過計(jì)算當(dāng)溫度每升高10℃, 它的失效率增加100 倍, 即平均壽命下降10 倍。因此如何使產(chǎn)品在合適的溫度下工作對(duì)產(chǎn)品壽命是至關(guān)重要的。目前, zui常用的手段為采用各種散熱方法并保持顯示屏內(nèi)外通風(fēng)。
2.2 灰塵對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
為 zui大限度地延長(zhǎng)LED 顯示屏的平均壽命, 灰塵的威脅也不容忽視。在灰塵比較大的環(huán)境中工作,由于印制板吸附灰塵, 而灰塵的沉積會(huì)影響電子元器件的熱量散發(fā), 這將導(dǎo)致元件溫度上升, 進(jìn)而出現(xiàn)熱穩(wěn)定性下降甚至產(chǎn)生漏電, 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致燒毀。另外,灰塵也會(huì)吸收水分, 腐蝕電子線路, 造成短路故障。灰塵體積雖小, 但對(duì)產(chǎn)品的危害卻不可低估。所以, 有必要定期清理, 以減少出現(xiàn)故障的概率。在清理顯示屏內(nèi)部的灰塵時(shí), 切記斷開電源, 小心操作。
2.3 潮濕對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
雖 然幾乎所有的LED 顯示屏都可以在濕度為95%的環(huán)境下正常工作, 但潮濕仍是影響產(chǎn)品壽命的重要因素。潮濕氣體會(huì)透過封裝材料及元器件的接合面進(jìn)入到IC 器件的內(nèi)部, 造成內(nèi)部電路氧化腐蝕斷路, 以及組焊接過程中的高溫會(huì)使進(jìn)入IC 內(nèi)部的潮濕氣體受熱膨脹產(chǎn)生壓力, 使塑料從芯片或引腳框上的內(nèi)部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、內(nèi)部裂紋和延伸到元件表面的裂紋, 甚至發(fā)生元件鼓脹和爆裂, 又稱" 爆米花", 這將導(dǎo)致組裝件返修甚至報(bào)廢。更為重要的是那些看不見的、潛在的缺陷會(huì)融入到產(chǎn)品中去, 使產(chǎn)品的可靠性出現(xiàn)問題。潮濕環(huán)境的可靠性改進(jìn)方法包括有使用防潮材料、除濕機(jī)、保護(hù)涂層/ 封蓋等。
2.4 具有腐蝕性的氣體對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
濕 度和含鹽空氣環(huán)境可引起系統(tǒng)性能的退化, 因?yàn)樗鼈儠?huì)加劇金屬部件的腐蝕效應(yīng), 還有利原電池的產(chǎn)生, 特別是當(dāng)不同類金屬接觸的時(shí)候。濕汽和含鹽空氣的另一個(gè)有害效應(yīng)是在非金屬部件表面形成導(dǎo)致這些材料的絕緣和介質(zhì)特性退化的膜, 從而形成泄漏通路。絕緣材料吸收潮氣還可引起材料體積傳導(dǎo)率和耗散系數(shù)的增加。潮濕和含鹽空氣環(huán)境的可靠性改進(jìn)方法包括使用氣密性密封、防潮材料、除濕 機(jī)、保護(hù)涂層/ 封蓋和減少使用不同類的金屬等。
2.5 電磁輻射對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
射 頻輻射對(duì)電子系統(tǒng)的干擾一般來自兩個(gè)途徑。一個(gè)途徑是輻射場(chǎng)的電噪聲干擾直接竄入系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明, 當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到5V/ m 時(shí), 系統(tǒng)肯定會(huì)出錯(cuò), 電磁干擾足以改變CPU 程序計(jì)數(shù)器PC 的數(shù)值, 使微機(jī)錯(cuò)誤地"跳出"正在執(zhí)行程序, 特別是對(duì)小信號(hào)電路。而存貯器在場(chǎng)強(qiáng)為15V/ m 時(shí)則無法正常工作。射頻輻射干擾的另一種途徑是通過電源引入的。外架的輸電線相當(dāng)于接收天線, 把輻射干擾引入系統(tǒng), 這種干擾嚴(yán)重時(shí)可燒毀系統(tǒng)本身的電源。
電磁輻射同時(shí)也會(huì)對(duì)視頻和通訊信號(hào)進(jìn)行干擾, 與雷達(dá)輻射頻率相近的電視臺(tái)受到的圖像和伴音干擾zui嚴(yán)重, 輻射干擾信號(hào)由電視天線進(jìn)入, 和電視信號(hào)一起經(jīng)過處理而輸出形成干擾。在其它的頻道上, 當(dāng)輻射場(chǎng)強(qiáng)高時(shí), 可形成直檢或干擾。輻射場(chǎng)對(duì)電視機(jī)產(chǎn)生干擾而影響其可靠性, 以致于燒毀的另一個(gè)原因是輻射干擾經(jīng)電源線竄入。由于輸電線的再輻射作用, 使其外部空間輻射場(chǎng)強(qiáng)瞬時(shí)高達(dá)40～50V/ m, 這樣竄入電源線的干擾脈沖及空間場(chǎng)的感應(yīng)作用會(huì)使電視機(jī)中抗*力薄弱的電路發(fā)生故障。通常, 降低干擾效應(yīng)要求采取過濾和屏蔽措施及選用較不敏感的元器件和電路。
2.6 振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
電子設(shè)備在正常使用和試驗(yàn)中經(jīng)常受到環(huán)境沖擊和振動(dòng)。當(dāng)產(chǎn)生的偏斜引起的機(jī)械應(yīng)力超過了構(gòu)件部件允許的工作應(yīng)力時(shí), 這種環(huán)境可引起部件和結(jié)構(gòu)部分的物理?yè)p壞。
電 子產(chǎn)品的自然頻率是在設(shè)計(jì)過程中必須要考慮的一個(gè)重要參數(shù), 因?yàn)槿绻匀活l率在振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的話有可能產(chǎn)生共振, 從而大大增加子系統(tǒng)的偏斜, 可使應(yīng)力超過安全線。振動(dòng)環(huán)境對(duì)電連接器可能特別嚴(yán)酷, 因?yàn)樗梢疬B接器元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)和其他環(huán)境應(yīng)力結(jié)合可產(chǎn)生磨損腐蝕。由此可產(chǎn)生磨損碎片, 引起接觸電阻很大的變化。振動(dòng)應(yīng)力的可靠性改進(jìn)方法包括使用堅(jiān)硬材料、控制共振和減少自由運(yùn)動(dòng)。
2.7 負(fù)載對(duì)產(chǎn)品壽命的影響
不 管是集成芯片還是LED 管或是開關(guān)電源, 是否在額定的負(fù)載下工作, 負(fù)載也是影響壽命的重要因素。因?yàn)槿魏我粋€(gè)元器件都有一個(gè)疲勞損傷期, 就以電源為例, 品牌電源可輸出105%~135%的功率,但如長(zhǎng)時(shí)間使電源在如此高負(fù)載下工作, 必然加速開關(guān)電源的老化, 當(dāng)然開關(guān)電源不一定馬上失效, 但會(huì)使它的壽命迅速降低。
綜述
從 上述的各種環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的影響可以看出, 產(chǎn)品在壽命周期過程中經(jīng)歷的每種環(huán)境因素都要求在設(shè)計(jì)過程中加以考慮。這樣才能保證有充分的環(huán)境強(qiáng)度結(jié)合到可靠性設(shè)計(jì)中。當(dāng)然改善產(chǎn)品的使用環(huán)境、對(duì)產(chǎn)品 的定期的維護(hù)保養(yǎng)不但可以及時(shí)排除隱患故障, 更有利于提高產(chǎn)品的可靠性, 延長(zhǎng)產(chǎn)品的平均壽命。文/深圳LED基地
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