LED照明產品的可靠性設計

1、0工業和信息化部電子第五研究所工業和信息化部電子第五研究所中中 國國 賽賽 寶寶 實實 驗驗 室室 5.LED照明可靠性的發展趨勢分析照明可靠性的發展趨勢分析開展以可靠性為中心的質量提升工程開展以可靠性為中心的質量提升工程 3.系統可靠性對系統可靠性對LED照明產品發展的作用照明產品發展的作用LED照明產品的構成及可靠性現狀照明產品的構成及可靠性現狀主主要要內內容容質量與可靠性 一旦產品制造成功后一旦產品制造成功后, 傳統質量保障功能就完成傳統質量保障功能就完成 (盡管可能還會尋求持續改進等等) 可靠性可靠性: 更關注更關注 “下一步會發生什么下一步會發生什么”三包期限內產品的故障率？返修率（

2、失效率）是否接收？哪些改變能提高產品的可靠性？（設計制造安裝運行維護等等） 可靠性的時機可靠性的時機簡單的問題：質量控制解決復雜的問題：可靠性工程復雜的問題：可靠性工程質量工程和可靠性工程： 關注的焦點引入我們的話題 規定的條件 亦即使用條件或環境條件亦即使用條件或環境條件 規定的期間 亦即產品壽命亦即產品壽命 規定的性能/功能 性能或故障的定義性能或故障的定義 5.LED照明可靠性的發展趨勢分析照明可靠性的發展趨勢分析開展以可靠性為中心的質量提升工程開展以可靠性為中心的質量提升工程 3.系統可靠性對系統可靠性對LED照明產品發展的作用照明產品發展的作用LED照明產品的構成及可靠性現狀照明產品

3、的構成及可靠性現狀主主要要內內容容2.1 LED照明產品的構成照明產品的構成未來的LED照明，將更加的豐富多彩和超越想象第二層第二層 控制系統控制系統第一層第一層 驅動電源驅動電源2.2 LED照明產品可靠性現狀照明產品可靠性現狀1) 總的說來不容樂觀總的說來不容樂觀LED照明產品的核心產品，如驅動電源、光源模組等產品可靠性不受關注1）國家也沒有強制2）對于可靠性的認知存在誤區POF？SR？3）多數沒有進行切實有效的可靠性評價 如規定LED壽命為30000h。 看似看似6 6年（假定商業照明的平均極限：年（假定商業照明的平均極限：12h/d12h/d），能滿足），能滿足需要嗎？需要嗎？ 據此要

4、求計算（按指數分布計算），據此要求計算（按指數分布計算）， 1) 使用使用1年：將有約年：將有約10的產品失效的產品失效 2) 使用使用3年，累積失效約年，累積失效約30% 3) 年平均故障率約為年平均故障率約為10.5%/年，年， 6年的時候，將會累積有年的時候，將會累積有63.2的產品失效！的產品失效！ 4) 迫切需要有可靠性指標的產品壽命，而不是迫切需要有可靠性指標的產品壽命，而不是MTBF ！2) 可靠性的認知誤區可靠性的認知誤區LED產品壽命的解讀產品壽命的解讀 正確的認識和理解產品的壽命(MTBF/MTTF)有可靠度指標的產品壽命，更加有意義！3) 從設計導向看從設計導向看 大部分

5、企業注重功能和外形的設計，大部分企業注重功能和外形的設計， 忽視可靠性、環境適應性的設計忽視可靠性、環境適應性的設計。 大部分考核僅對性能和安全性進行大部分考核僅對性能和安全性進行 對可靠性和環境適應性要求不高。對可靠性和環境適應性要求不高。 習慣于出現故障后維修習慣于出現故障后維修 大量的維修隊伍大量的維修隊伍 5.LED照明可靠性的發展趨勢分析照明可靠性的發展趨勢分析開展以可靠性為中心的質量提升工程開展以可靠性為中心的質量提升工程 3.系統可靠性對系統可靠性對LED照明產品發展的作用照明產品發展的作用LED照明產品的構成及可靠性現狀照明產品的構成及可靠性現狀主主要要內內容容141. 企業老

6、板的困惑企業老板的困惑 為什么有的產品出廠前100%檢驗合格，而一年后，返修率卻高達10%甚至20%。別人的產品卻只有5%甚至1或者更低？3.1. LED照明產品的可靠性高低決照明產品的可靠性高低決定了產品返修率和合格率的高低定了產品返修率和合格率的高低老板的困惑老板的困惑v 三年，五年，十年包換？三年，五年，十年包換？v 能否達到？能否達到？v 如何達到？如何達到？v 如何更好？如何更好？用可靠性工程來回答用可靠性工程來回答LED照明產品照明產品15 可靠度？可靠度？ 用戶要求？用戶要求？ 產品返修率？產品返修率？ 客戶滿意度？客戶滿意度？ 是否愿意主動是否愿意主動更換更換LED？tetR)

7、( R(t)可靠度，越大越好 t任務時間，客戶要求的時間 失效率，失效率，越小越好越小越好減小失效率減小失效率就要實施可靠性工程就要實施可靠性工程釋疑釋疑可靠性設計、可靠性預計、FMEA 、FTA、FRACAS、因果樹、排列圖、直方圖l低價格就有竟爭力嗎？l為什么許多媽媽寧可去外國買貴奶粉，也不買國產的便宜的奶粉？高質量的產品是低成本的！總體上省錢高質量的產品是低成本的！總體上省錢 低質量的產品將最終以更大代價來彌補低質量的產品將最終以更大代價來彌補l品牌的核心是什么？廣告？ 誠信、質量、可靠性。誠信、質量、可靠性。反 思3.2. 提高產品的可靠性是降低企業提高產品的可靠性是降低企業成本的重要

8、途徑成本的重要途徑 高質量和高可靠的產品是低成本的！ 為什么目前LED示范工程沒有很好示范效應？派出大量的人力/物力去巡查？維修？ 系統可靠性設計理念，可能比追求LED器件、電源本身的可靠性更顯得重要！ 質量/可靠性與壽命周期費用（傳統觀點）費用質量、可靠性不考慮產品全生命周期費用不考慮產品全生命周期費用質量質量/可靠性與費用：平衡點可靠性與費用：平衡點質量/可靠性與壽命周期費用（現代觀點）費用質量、可靠性可靠的產品，可靠的產品，總體上最省錢！總體上最省錢！提高產品的可靠性提高產品的可靠性是降低企業成本的重要途徑是降低企業成本的重要途徑3.3. 高可靠的產品是消費者的訴求高可靠的產品是消費者的

9、訴求 顧客最關心的，是產品在購買使用一段時間后，是否還能正常使用，這恰恰就是可靠性要回答的問題。 LED照明是一個復雜系統，融合了多類產品，應用也很多，要讓消費者接受，易用還要耐用，這是一個挑戰！減少維修減少維修/免維修這就是可靠性。免維修這就是可靠性。蘋果公司產品的可靠性給LED帶來的啟示改進和保障改進和保障測試性測試性安全性安全性功能功能可靠性可靠性維修性維修性1年2年合約計劃（產品在合約期限內，（產品在合約期限內，確保出現失效產品的風險可接受）確保出現失效產品的風險可接受）幾乎可以保證全新的替換產品幾乎可以保證全新的替換產品1年內免費維修：（多數是替換性維修）（多數是替換性維修）符合全球

10、的安全標準符合全球的安全標準系統穩定的運行系統穩定的運行良好的用戶體驗良好的用戶體驗良好的產品改進良好的產品改進缺陷改進系統缺陷改進系統改進和推出下一代產品改進和推出下一代產品iPhone 4S iPhone 250小時 iPhone 3G - 300 小時 iPhone 3GS - 300 小時 iPhone 4 - 300 小時 iPhone 4S - 200 小時 蘋果iOS 5推出之后不久，立即有很多用戶抱怨： 此系統的iPhone 4S電池消耗速度極快，即便是在待機狀態下。 蘋果承認問題的存在，表示更新iOS 5將解決這一問題根源：可靠性問題根源：可靠性問題 不能達到不能達到 預期工

11、作時間預期工作時間3.4. 高可靠是企業形象和信譽的要求高可靠是企業形象和信譽的要求 品牌的核心是質量，高質量的產品必然具有高的可靠性，會贏得消費者的信賴和喜愛，逐漸形成良好的口碑，樹立品牌形象，獲得更強的市場競爭力。 質量是企業的信譽和生命，它直接決定了企業的形象和生存空間。3.5.高可靠、高質量是企業由小到大、由大高可靠、高質量是企業由小到大、由大到強的必經之路，是轉型升級的重要著力點到強的必經之路，是轉型升級的重要著力點u國外LED知名公司最近的發力說明了這一點u國內眾多企業面臨的困境說明了這一點u同功能LED產品的不同價值u產業由小到大，由大到強的發展必須經歷質量革命小大強粗曠的擴張質

12、量 5.LED照明可靠性的發展趨勢分析照明可靠性的發展趨勢分析開展以可靠性為中心的質量提升工程開展以可靠性為中心的質量提升工程 3.系統可靠性對系統可靠性對LED照明產品發展的作用照明產品發展的作用LED照明產品的構成及可靠性現狀照明產品的構成及可靠性現狀主主要要內內容容28可靠性指標可靠性模型可靠性預計可靠性分配FMEA(FMECA)FTA元器件的選用降額設計容差與漂移設計儲備（冗余）設計電路結構簡化設計潛在通路分析“三防”設計熱設計靜電防護（ESD）微電子器件的可靠安裝防閂鎖設計軟件可靠設計供應商的控制元器件的質量與可靠性控制制造過程管理與統計過程控制質量閉環控制可靠性活動與評審測定試驗鑒

13、定與驗收試驗篩選試驗增長試驗HALT/HASS壽命和加速試驗定量分析設計技術控制管理試驗評價以可靠性為中心的質量設計、分析和控制以可靠性為中心的質量設計、分析和控制4.2 可靠性設計：目標要求可靠性設計：目標要求設計評審設計評審評價確認評價確認研發階段是整個可靠性工作的重點建立研發可靠性責任制RCM的持續改進4.3 對企業管理層的建議1、企業領導要重視和支持質量管理工作，把可靠性工作放在重要位置；l樹立現代質量觀l改變研發人員和質量人員“救火”的狀態u2、企業管理層認識到“設計質量”對產品固有質量的影響是至關重要的，注重開發階段并投入大量人力物力提高設計質量，以保證質量問題在“源頭”得到根本解

14、決。4.4 技術層面的建議技術層面的建議 1) 可靠性設計技術可靠性設計技術 2) 零部件和系統管理零部件和系統管理 3) 加強工藝加強工藝/過程的控制過程的控制 4) 加強加強LEDLED照明設備的環境適應性設計照明設備的環境適應性設計 5) 系統的故障數據累積/追溯數據1) 可靠性設計技術可靠性設計技術 1 使用因素 2 應力強度分析 3 設計失效模式影響分析 4 設計的失效模式影響及嚴酷度分析 5 設計中故障樹分析 6 容差和最差情形分析 7 健壯設計 8 人因可靠性 9 X設計元器件的選用降額設計容差與漂移設計儲備（冗余）設計電路結構簡化設計潛在通路分析“三防”設計熱設計靜電防護（ES

15、D）IC器件的可靠安裝防閂鎖設計軟件可靠設計設計技術2) 零部件和系統管理零部件和系統管理 1零部件選擇 2材料的選擇和控制 3降額的方法和原則 4建立規范加強元器件采購的質量控制，有效抵制假冒和偽劣元器件 僅9月份，通過DPA技術共剔除假冒、翻新元器件、IC共35型號批次，占企業委托我所實驗室進行DPA總數的27.1。 通過失效分析（FA）發現了有15個委托失效分析的元器件、IC是假冒、翻新品，占9月份企業委托我所實驗室進行失效分析總數的27.3%。 兩項平均為27.2%。利用我們的假冒元器利用我們的假冒元器件鑒別技術鑒別出來件鑒別技術鑒別出來的假冒元器件的假冒元器件 3). 加強工藝/過程

16、控制主要ESD、潮敏和裝配工藝管控 大量電路板未經使用就出現故障，經大量電路板未經使用就出現故障，經分析是元器件和電路分層。分析是元器件和電路分層。以下是聲學掃描顯微鏡下看到的分層現象以下是聲學掃描顯微鏡下看到的分層現象4 4）加強）加強LEDLED照明設備的環境適應性設計照明設備的環境適應性設計熱路測量與分析；熱材料選擇；熱路測量與分析；熱材料選擇；控制熱阻（內、外）；冷卻措施控制熱阻（內、外）；冷卻措施涂復、密封、灌封涂復、密封、灌封消源、減振、布局、安裝消源、減振、布局、安裝抑制干擾源；切斷交連通路；抑制干擾源；切斷交連通路；提高抗干擾能力提高抗干擾能力（屏蔽、濾波、接地）（屏蔽、濾波、

17、接地）防輻措施（材料、電路、工藝）防輻措施（材料、電路、工藝）三防（潮、三防（潮、霉、鹽霧）霉、鹽霧）熱設計熱設計振動、沖擊振動、沖擊電磁環境電磁環境輻射環境輻射環境熱環境熱環境氣候環境氣候環境機械環境機械環境電磁兼容電磁兼容性設計性設計抗輻射設計抗輻射設計環境調查環境調查環境試驗環境試驗應力強度分析應力強度分析防護措施防護措施環境環境適應性適應性設計設計 對產品進行可靠性預計和故障模對產品進行可靠性預計和故障模式及影響后果分析（式及影響后果分析（FMECA），建），建立立FRACAS系統，對故障進行根源系統，對故障進行根源分析分析RCA/RCFA, 提高設計水平提高設計水平5）系統的故障數據

18、累積/追溯數據43 總之，產品質量是設計進去的，生產和管理出來的。總之，產品質量是設計進去的，生產和管理出來的。 & & 加強設計人員的可靠性培訓，將可靠性設計進產品；加強設計人員的可靠性培訓，將可靠性設計進產品； & & 強化可靠性審查和組織保證；強化可靠性審查和組織保證；& & 采用先進的工具和手段；采用先進的工具和手段；& & 不可為可靠性而可靠性！不可為可靠性而可靠性！質量管理必須從設計階段開展可靠性工作，只有全過質量管理必須從設計階段開展可靠性工作，只有全過程階段開展可靠性工作，抓產品質量才抓住了源頭。程階段開展可靠性工

19、作，抓產品質量才抓住了源頭。 可靠性設計問題是重中之重，是解決系統可靠性的重可靠性設計問題是重中之重，是解決系統可靠性的重要抓手要抓手 5.LED照明產品可靠性的發展趨勢分析照明產品可靠性的發展趨勢分析開展以可靠性為中心的質量提升工程開展以可靠性為中心的質量提升工程 3.系統可靠性對系統可靠性對LED照明產品發展的作用照明產品發展的作用LED照明產品的構成及可靠性現狀照明產品的構成及可靠性現狀主主要要內內容容LED智能智能/智慧照明的控制軟件智慧照明的控制軟件1.軟件的可靠保障是未來LED照明產品可靠性的保障可靠性的保障軟件可靠性問題日益重要，能有效的監控和管理產品的降額使用，可靠性管理，可靠性監控等等，它將影響系統的功能、可靠性、安全、兼容性等。2. LED照明產品的可靠性與性能的一體化設計是產品設計的大趨勢。 從只追求產品性能轉變為強調產品的可靠性及維修成本，把可靠性要求與性能要求同等看待。-未來產品設計的趨勢核心思想在產品開發階段開發階段要盡早考慮和構造可靠性。將可靠性將可靠性和性能一樣 設計到產品