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提高防爆LED燈具可靠性的措施

文檔作者：劉衛(wèi)生文檔來源：新黎明防爆電器有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月08日
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提高防爆LED燈具可靠性的措施
劉衛(wèi)生
（新黎明防爆電器有限公司，浙江樂清325604）
［關(guān)鍵詞］防爆LED燈具；可靠性；關(guān)鍵措施
［摘 要］闡述了防爆LED燈具失效規(guī)律和原因，重點(diǎn)介紹防爆LED燈具可靠性故障應(yīng) 對的關(guān)鍵措施。
［中圖分類號］1W23.4 + 6 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］1004 - 9118（2013）04 -0025 -04
Essential Measures to Ensure Reliability of Ex LED Lamp
Liu Wei - sheng
(HRLM Explosion proof Electric Co. , Ltd. , Yueqing Zhejiang 314002)
Key words: Ex LED Lamp； reliability； essential measure
Abstract: Indicates the malfunction regularities and analyzed the reasons, especially gives some key measures to solve reliability malfunction of Ex LED lamp.

0故障（失效）的一般規(guī)律
防爆LED燈具失效規(guī)律類似其他產(chǎn)品通常失 效的一般規(guī)律，即在產(chǎn)品全部生命周期內(nèi)，失效或故 障率的變化規(guī)律遵從“浴盆曲線”，如圖1所示。

I防爆LED燈具失效原因分析
燈具可靠性主要取決于關(guān)鍵件、重要件、特殊 件的性能可靠性。防爆LED燈具主要性能結(jié)構(gòu) 部件是LED光源、電源、防爆殼體。防爆LED光 源可靠性主要取決于四個部分:外延芯片、器件封 裝的性能質(zhì)量、驅(qū)動電源、散熱性;防爆殼體的可 靠性主要是殼體承壓強(qiáng)度及隔爆參數(shù)。外延芯 片、器件封裝的失效影響LED的固有可靠性，電 過應(yīng)力失效、熱過應(yīng)力失效、裝配失效等影響 LED的應(yīng)用可靠性⑷，這些是影響可靠性的關(guān)鍵 部分，也決定了燈具的主要使用壽命。常見失效 原因主要有以下方面⑵：
LED外延芯片的失效；
LED器件封裝的失效；
LED驅(qū)動電源模塊導(dǎo)致電過應(yīng)力失效；
散熱問題導(dǎo)致熱過應(yīng)力失效。主要是LED 光源、電源芯片產(chǎn)生多余熱量,如傳導(dǎo)、對流、輻射 措施效果不好，產(chǎn)生熱應(yīng)力集中失效。例如，通過 對BZD126 - LED60W的熱效應(yīng)進(jìn)行測定分析，對 光源、電源、外殼表面、內(nèi)表面等各部位表面工作

［收稿日期］2012-11 -03
［作者簡介］劉衛(wèi)生，男，1966年生，注冊質(zhì)量工程師,主要從事質(zhì)量管理工作。 
溫度進(jìn)行測量，其分布如圖2所示；
防爆殼體承壓強(qiáng)度及隔爆參數(shù)的失效導(dǎo)致總 體結(jié)構(gòu)及裝配的失效。殼體、殼蓋大多采用 ADC12.ZL102等鋁合金鑄造而成，如果鑄件材料 的成分含量及鑄件殼體工藝參數(shù)控制不到位，會 使殼體抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值，殼體、殼蓋的靜壓試 驗(yàn)不能通過，表現(xiàn)為外觀毛刺、缺料、氣孔、收縮、 變形、裂紋等缺陷;非螺紋隔爆接合面的平均粗糙 度超過6.3 |im，接合面寬度、隔爆間隙等都會不 符合GB 3836. 2—2010的要求，則殼體、殼蓋的質(zhì) 量可靠性很難得到保證。
2提高防爆可靠性的關(guān)鍵措施
保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、部件質(zhì)量、工藝或流程等全過 程的可靠性能，主要采取以下措施：
2.1制定可靠性工作計(jì)劃及進(jìn)度
對可靠性總體工作進(jìn)行控制，其工作內(nèi)容及 主導(dǎo)部門如表1所示。
2.2確保整體設(shè)計(jì)合理,做好可靠性工程設(shè)計(jì) 2.2. 1制'定燈具可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。把已有的、 相似的燈具產(chǎn)品的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)起來應(yīng)用到防爆 LED燈具中，使其條理化、系統(tǒng)化、科學(xué)化，成為 進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)所遵循的原則和應(yīng)滿足的要求, 提高產(chǎn)品的固有可靠性。其主要內(nèi)容包含11個 方面：1）環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì);2）簡化設(shè)計(jì);3）降額設(shè) 計(jì);4）熱設(shè)計(jì);5）密封設(shè)計(jì);6）新技術(shù)采用原則； 7）機(jī)械可靠性設(shè)計(jì);8）節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì);9）安全性 設(shè)計(jì);10）工藝可靠性設(shè)計(jì)；11）維修性設(shè)計(jì)⑹。
 
圖2 BZD126 - LED60W的熱效應(yīng)分布

表I防爆LED燈具可靠性工作內(nèi)容及主導(dǎo)部門
序號	工作項(xiàng)目	工作內(nèi)容	主導(dǎo)部門
1	可靠性總策劃	制定可靠性工作計(jì)劃（總體要求與安排,論證、項(xiàng)目選擇、監(jiān)督、評審 '改進(jìn)等工作 要求與進(jìn)度安排）	品管
2	培訓(xùn)	概念、理念、方法、流程培訓(xùn)，讓參與人員J-解其重要性和必要性，掌握可靠性的 要點(diǎn)，了解可靠性工作方法。	品管 技術(shù)
3	可靠性指標(biāo)選擇
及確定3	平均無故障工作時間MTBF、平均維修時間MTTR.可靠度R （t）等	技術(shù)
4	可靠性保證大
綱」	設(shè)計(jì)方案、試驗(yàn)方案、建立產(chǎn)品基本和任務(wù)可靠性模型、預(yù)計(jì)與分配.根據(jù)項(xiàng)目情 況選擇費(fèi)效比高的工作項(xiàng)日，	技術(shù) 品管
5	制定可靠性設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則	參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)?制定專用、通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,供設(shè)計(jì)人員在 設(shè)計(jì)時貫徹實(shí)施。	技術(shù)
6	確定可靠性設(shè)計(jì) 方法	熱設(shè)計(jì)、降額、容差、簡化設(shè)計(jì)、軟件可靠性安全設(shè)計(jì)、環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)、冗余、防差 錯、防瞬態(tài)過應(yīng)力設(shè)計(jì)、故障樹分析FAT、潛在電路分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)DOE等，選擇 適宜方法。	技術(shù)
7	元器件可靠性	元器件控制大綱、元器件可靠性管理規(guī)定、元器件設(shè)計(jì)規(guī)范指南、元器件篩選規(guī) 范、兀器件失效分析要求、合格元器件目錄QPL、合格制造廠目錄QML、兀器件優(yōu) 選冃錄PPL、關(guān)鍵兀器件目錄KP1.、供方PKM全程控制、關(guān)鍵元器件控制方法。	購術(shù)管 采技品
8	系統(tǒng)可靠性®	大綱、模型構(gòu)建、建立.預(yù)計(jì)、分配、FrA,FMEA、評估	技術(shù)
9	設(shè)計(jì)定型/修改	可靠性試驗(yàn)大綱
可靠性工程試驗(yàn):研制試驗(yàn)、環(huán)境應(yīng)力篩選、增長試驗(yàn)；
可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn):測定試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)；
其他試驗(yàn):各種有關(guān)性能、環(huán)境、安全測試、EMC、加速壽命試驗(yàn)等；
試驗(yàn)分析與改進(jìn)：可靠性評審、可靠性增長管理、為生產(chǎn)決策提供依據(jù)（評審點(diǎn)、 內(nèi)容、方式、要求）°	品管 技術(shù)
 
續(xù)表1
序號	工作項(xiàng)目	工作內(nèi)容	主導(dǎo)部門
10	生產(chǎn)控制	增加制定可靠性制造規(guī)范、指導(dǎo)書；統(tǒng)計(jì)過程控制SPC、PFMEA、環(huán)境應(yīng)力篩選； 工藝防護(hù)、靜電防護(hù)ESD、特殊關(guān)鍵重要過程的可靠性控制;信息反饋及過程可 靠性改進(jìn);產(chǎn)品可靠性接收檢驗(yàn)/試驗(yàn)計(jì)劃。	產(chǎn)管 生品?
11	裝運(yùn)交付安裝使 用	制定燈具產(chǎn)品可靠性裝卸運(yùn)輸、使用、維護(hù)規(guī)程;安裝、維修、服務(wù)人員的技術(shù)培 訓(xùn)、技術(shù)指導(dǎo);收集、分析實(shí)際使用和維修數(shù)據(jù)，評估產(chǎn)品的使用可靠性水平;收 集產(chǎn)品維修性、安全性、保障性等實(shí)施數(shù)據(jù)。	售后
服務(wù)
12	公共基本平臺建
設(shè)	可靠性信息管理要求，通過有計(jì)劃地收集全壽命周期的各項(xiàng)數(shù)據(jù),如使用時間、 故障和維修信息、使用環(huán)境等，建立產(chǎn)品、部件缺陷數(shù)據(jù)庫，為產(chǎn)品可靠性評估、 改進(jìn)、維修、新項(xiàng)目論證提供信息；建立故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)（FRA¬CAS）, 確立并執(zhí)行故障記錄、分析和糾正程序，有效地收集 、記錄、分析、處理和 反饋故障信息，防止故障重復(fù)出現(xiàn)；各種可靠性工作的實(shí)施過程、結(jié)果應(yīng)形成報 告。	品管 售后
 
2.2.2確定整體、部件的可靠性指標(biāo)。為確保整 機(jī)的可靠性,根據(jù)主要部件故障率和重要性,對可 靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)計(jì)與分配,確定所有部件、整機(jī)的 可靠性指標(biāo)，具體見表2。
2.2.4特別是針對故障分析的原因，要有相應(yīng)的 防護(hù)措施或冗余,增加適當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)。
2.3電源模塊經(jīng)常出故障，需作為重點(diǎn)加以控制
根據(jù)失效概率等級、經(jīng)濟(jì)性和時間性的原則, 確定篩選工作流程圖，如圖4所示。 
表2整體與部件可靠性指標(biāo)
名稱	MTBF	MTTR	R(t)
防爆LED燈具	35 000 h	<0.5 h	0.99

整體:
序號	主要部件名稱	R(t)	
1	LED光源	0.999	
2	驅(qū)動電源	0.999	
3	防爆殼體	0.999	
4	鋼化玻璃	0.997	
5	密封墊	0.997

部件:
2-2- 3 建立LED燈具的可靠性模型，繪制基本 可靠性框圖，如圖3所示。
鋁軽
LED^Sjq
開始
外觀檢査
溫度循環(huán)
高溫壽命（非工作）
電功率老練
外觀檢査
密封性試驗(yàn)
耐壓或擊穿電壓測試
絕緣電阻或漏電流測試
功能測試
外觀檢查
封裝失效
的篩選
｝連接失效 的篩選
I 電性能失 r效的篩選
對墊
（石制
殼體AL
（丁晴）
結(jié)束

圖4篩選工作流程 
組件
am ——
Lj堵頭
（融）
(Q235)
8^883
（丁晴）
螺mm
內(nèi)六角螺
釘304
圖3燈具可靠性框圖示例
2.4提高散熱水平的措施
減少發(fā)熱源,選擇效率高的器件。熱通路盡 可能短，橫截面盡可能大，盡可能利用金屬機(jī)箱或 底盤散熱;盡量降低接觸面的熱阻,應(yīng)選擇導(dǎo)熱系 數(shù)大的材料制造傳導(dǎo)零件。合理選擇器件材料, 選用耐高溫的器件材料，盡量采用溫漂小的器件。 將光源、電源等發(fā)熱體分散分布保持距離,減少單

位面積發(fā)熱量的過度集中。在不能減少發(fā)熱源的 情況下,需選擇加快傳導(dǎo)、對流、輻射的切實(shí)措施。 2.5設(shè)置質(zhì)控點(diǎn),建立全過程流程控制
在質(zhì)量形成的全過程中，建立質(zhì)量控制點(diǎn)，明 確控制項(xiàng)目、控制人員、規(guī)范、記錄、歸口部門等。
2.6確保防爆性能的可靠性，保證殼體承壓強(qiáng)度 及隔爆參數(shù)
殼體、殼蓋采用ADC12.ZL102等鋁合金鑄造 而成,確保模具制作合格,特別是邊緣厚度均勻; 鑄件材料要求鎂和鈦的含量不大于7. 5%，嚴(yán)格 控制鑄造工序的壓力、鋁水溫度、時間等工藝參 數(shù)。鑄造件不允許出現(xiàn)冷隔、穿透、欠鑄，整體不 能有嚴(yán)重的氣孔、拉傷、變形、凹陷、缺料;鑄造件 表面應(yīng)無花紋、麻面、有色斑點(diǎn)、油漬、氧化等缺 陷。
裝配工序嚴(yán)格按裝配工藝規(guī)范進(jìn)行，特別是 要做好LED部件的過程防護(hù)，防止磕碰、劃傷、靜 電等。
根據(jù)試驗(yàn)、監(jiān)測策劃的安排，在不同的階段監(jiān) 控不同的項(xiàng)目，確保全過程都處于合格狀態(tài)。鑄 件殼體抗拉強(qiáng)度不小于120 MPa；對于容積10 cn?以上的外殼，其nA、nB型號應(yīng)承受的靜壓 為1.5 MPa, DC型號應(yīng)承受的靜壓為2.0 MPa, 加壓時間至少為10 s；外觀無毛刺、缺料、氣孔、收 縮、變形、裂紋等缺陷;非螺紋隔爆接合面的平均 粗糙度不超過6. 3 fun,接合面寬度、隔爆間隙等 都需符合GB 3836. 2—2010的要求"。
2.7做好全過程可靠性監(jiān)測試驗(yàn)，以驗(yàn)證可靠性 指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求
2.7.1對產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段充分暴露的各種缺陷， 適時進(jìn)行以下三個方面的型式試驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)缺 陷、改進(jìn)缺陷,并進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)來提高產(chǎn)品的固 有可靠性。
環(huán)境試驗(yàn):溫度循環(huán)、冷熱沖擊、高濕熱循環(huán)、 高溫存儲、低溫存儲、高溫高濕存儲、抗UV測試、 霉菌試驗(yàn)、低氣壓測試、EMC測試、冷啟動測試;.
壽命試驗(yàn):常溫衰減壽命測試、高溫高濕壽命 試驗(yàn)、低溫壽命試驗(yàn)、規(guī)定焊點(diǎn)溫度下衰減測試；
破壞性試驗(yàn):通斷電測試、過壓/欠壓測試、防 水防塵測試、輸入/輸出短路測試、導(dǎo)線連接處抗 拉力測試、彎折性試驗(yàn)、極性保護(hù)測試、耐酸性試 驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、靜電放電試驗(yàn)、振動試驗(yàn)、跌落試 驗(yàn)。
2.7.2在產(chǎn)品生命周期全過程中,對關(guān)鍵重要部 件、過程及時進(jìn)行可靠性監(jiān)測試驗(yàn)⑼，以及時發(fā) 現(xiàn)缺陷、及時改進(jìn)缺陷,具體見圖5。

參考文獻(xiàn)
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