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深圳市易庆德光电有限公司

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浅谈影响LED显示屏寿命的环境因素

2015-05-11 11:36:13 深圳市易庆德光电有限公司 已读

导读: 从各种环境因素对产品可靠性指标的影响可以看出,产品在寿命周期过程中经历的每种环境因素都要求在设计过程中加以考虑。这样才能保证有充分的环境强度结合到可靠性设计中。

      LED显示屏具有亮度高、安装灵活、低能耗等优点,使得它对显示面积要求灵活、视距较远的地方应用相当广泛。目前,中国有近千家LED显示屏厂商,但具有一定生产规模的不足百家。

  对LED显示屏而言,其寿命可分为经济寿命、技术寿命、使用寿命和平均寿命。产品的经济寿命(又称价值寿命),是根据产品的维持费和折旧费来确定的,通常是指在最低年平均使用成本的基础上,产品的使用期限;经济寿命用于确定产品的最佳折旧年限和最佳更新时机;技术寿命是产品在技术上有存在价值的期限,即从产品开始使用,至被技术上更为先进的新型设备所替代的全部经历期,技术寿命的长短决定于设备无形磨损的速度,事实上,目前LED显示屏的技术寿命一般只有3年;使用寿命是指产品从投入使用到完全失效的时间。LED显示屏作为集LED显示技术、视觉原理、计算机技术、视频技术、电子技术于一体的集成系统,又可以分割成相互独立的部分,而其中每一部分均具有可替换性,因此在实际使用中,LED显示屏的使用寿命相当长,有的甚至可达数十年之久。平均寿命(又称平均无故障工作时间或MTBF)是指两次故障之间所经历的时间,是一种统计平均值,MTBF值的确定,通常采用理论统计法和经验统计法,理论统计法是根据器件、组件及约束条件的实际情况,累计平均得到的数据。经验统计法是根据工厂或实验室破坏性记录,累计平均得到的数据。不管用何种方法产品的可靠性的变化都是有规律的。以失效率为例,其随时间的变化曲线像一只浴盆,这就是通常所说的"浴盆曲线",如图所示。从浴盆曲线可以看出,产品的寿命期可分为三个阶段:早期寿命期;使用寿命期;损耗寿命期。

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图1产品失效的“浴盆曲线”

  上图所示为著名的"浴盆"曲线,左边斜线部分为早期故障率,其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期,其故障率一般很低且基本固定。最右部为耗损期,失效率急速升高。电子产品制造商一般通过测试、老化、筛选等手段将早期故障尽量剔除,然后提供给客户使用。当使用寿命期将尽,产品也即将进入故障高发期,需要报废或更新换代了。

  环境因素对产品寿命的影响

  1、温度对产品寿命的影响


  任何产品在使用寿命期内并且只有在合适工作条件下的故障率才很低,而LED显示屏作为集成的电子产品,它主要由装连有电子元器件的控制板、开关电源、发光器件等组成,而所有这些的寿命都与工作温度有密切的关系。如果实际工作温度超过了产品规定的使用范围,不仅寿命会缩短,而且产品本身也会受到严重的损坏。

  2、灰尘对产品寿命的影响

  为最大限度地延长LED显示屏的平均寿命,灰尘的威胁也不容忽视。在灰尘比较大的环境中工作,由于印制板吸附灰尘,而灰尘的沉积会影响电子元器件的热量散发,这将导致元件温度上升,进而出现热稳定性下降甚至产生漏电,严重时导致烧毁。另外,灰尘也会吸收水分,腐蚀电子线路,造成短路故障。灰尘体积虽小,但对产品的危害却不可低估。所以,有必要定期清理,以减少出现故障的概率。在清理显示屏内部的灰尘时,切记断开电源,小心操作。

  3、潮湿对产品寿命的影响

  虽然几乎所有的LED显示屏都可以在湿度为95%的环境下正常工作,但潮湿仍是影响产品寿命的重要因素。潮湿气体会透过封装材料及元器件的接合面进入到IC器件的内部,造成内部电路氧化腐蚀断路,以及组焊接过程中的高温会使进入IC内部的潮湿气体受热膨胀产生压力,使塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、线捆接损伤、芯片损伤、内部裂纹和延伸到元件表面的裂纹,甚至发生元件鼓胀和爆裂,又称"爆米花",这将导致组装件返修甚至报废。更为重要的是那些看不见的、潜在的缺陷会融入到产品中去,使产品的可靠性出现问题。潮湿环境的可靠性改进方法包括有使用防潮材料、除湿机、保护涂层封盖等。

  4、具有腐蚀性的气体对产品寿命的影响

  湿度和含盐空气环境可引起系统性能的退化,因为它们会加剧金属部件的腐蚀效应,还有利原电池的产生,特别是当不同类金属接触的时候。湿汽和含盐空气的另一个有害效应是在非金属部件表面形成导致这些材料的绝缘和介质特性退化的膜,从而形成泄漏通路。绝缘材料吸收潮气还可引起材料体积传导率和耗散系数的增加。潮湿和含盐空气环境的可靠性改进方法包括使用气密性密封、防潮材料、除湿机、保护涂层/封盖和减少使用不同类的金属等。

  5、电磁辐射对产品寿命的影响

  射频辐射对电子系统的干扰一般来自两个途径。一个途径是辐射场的电噪声干扰直接窜入系统。实验表明,当场强达到5V/m时,系统肯定会出错,电磁干扰足以改变CPU程序计数器PC的数值,使微机错误地"跳出"正在执行程序,特别是对小信号电路。而存贮器在场强为15V/m时则无法正常工作。射频辐射干扰的另一种途径是通过电源引入的。外架的输电线相当于接收天线,把辐射干扰引入系统,这种干扰严重时可烧毁系统本身的电源。

  6、振动对产品寿命的影响

  电子设备在正常使用和试验中经常受到环境冲击和振动。当产生的偏斜引起的机械应力超过了构件部件允许的工作应力时,这种环境可引起部件和结构部分的物理损坏。

  7、负载对产品寿命的影响

  不管是集成芯片还是LED管或是开关电源,是否在额定的负载下工作,负载也是影响寿命的重要因素。因为任何一个元器件都有一个疲劳损伤期,就以电源为例,品牌电源可输出105%~135%的功率,但如长时间使电源在如此高负载下工作,必然加速开关电源的老化,当然开关电源不一定马上失效,但会使它的寿命迅速降低。

  综述

  从上述的各种环境因素对产品可靠性指标的影响可以看出,产品在寿命周期过程中经历的每种环境因素都要求在设计过程中加以考虑。这样才能保证有充分的环境强度结合到可靠性设计中。当然改善产品的使用环境、对产品的定期的维护保养不但可以及时排除隐患故障,更有利于提高产品的可靠性,延长产品的平均寿命。

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