古谤有云，质量以眼见为实，但多数情况下质量很难被描述。当你要描述一件半导体照明产品的性能时，能影响到产品质量的设计元素一般是不可见的。发光LED芯片只是整个系统中很小的一部分，整个系统的质量也不仅仅由其决定。只有采用系统性的方法来评估半导体照明产品，才能准确预测该产品在安装和使用寿命期间的性能表现。接下来让我们考虑若干有助于半导体照明开发者取得成功的设计元素。
LED技术正在不断快速进化，但市场上许多LED光源制造商对其产品性能指标的宣传是未经核实的，包括色彩质量、光通量、效能、耐用性以及半导体照明产品的一般质量特性等。由于热设计或电路设计不佳而导致质量低下的半导体照明产品会引起电超限应力。上述状况再加上制造流程中的化学兼容性问题，会使LED的质量逐渐下降，甚至光源完全失效。图1显示了可能导致半导体照明光源质量下降甚至失效的设计或工艺问题。
系统性评估
为了确保半导体照明产品的质量，对光源系统进行广泛的测试来精确测定设计余量并预测产品的长期可靠性。不仅仅是LED芯片，整个半导体照明系统都需要确保质量。美国科锐（CREE)公司实施了一套系统的测试流程，对光源的热、电、机械、光度和光学（TEMPO)参数进行测试来评估半导体照明产品的质量。由科锐服务团队负责的TEMPO项目的重点是帮助LED客户解决其面临的技术难题。该项目能帮助研发人员快速克服系统设计挑战、节约研发成本、加快产品投放到市场的时间。
照明产品系统评估的正确步骤包括多点测试和分析过程。工程人员必须进行一系列针对热、电、机械、光度和光学特性的测试，并提供一份包含所有相关数据的综合报告，来确认LED照明产品的性能。附表中详细列出了TEMPO项目的具体测试项。另外，该测试项目的结果可用于照明工程师协会IES批准的TM-21标准来预测LED寿命。
测量和评估LED光源是具有挑战性的，而对于刚接触LED设计的照明制造商来说更是如此。固态光源包括许多不同的组件，包括LED芯片、电路板、光学、散射板、电流驱动器、电源、散热器以及机械外壳等。这些组件中的任何一个都能影响SSL产品的性能、质量或寿命。
光源的系统性能还需要对包括机械结构和长期可靠性等方面进行评估。此外针对LED光源测得的结果还需要符合LM-79-08标准。评估需要提供测得结果与相关法规或安全标准的比较，后者包括能源之星(EnergyStar),DLC(DesignLightsConsortium)和UL标准等。
热和机械测试
大部分的LED失效都与温度有关。热管理及其导致的LED半导体芯片结温与LED的性能和寿命紧密相关。过高的结温会减少光输出并加速LED寿命的衰减。合理的LED光源的热管理及机械结构对于性能至关重要。需要使用多种技术来评价机械结构，例如LED焊点的X光成像等。必须测量实际热性能来验证热设计假设是确保半导体照明产品质量和可靠性。
然而，半导体照明的热测量也不简单。热电耦布置位置不妥或被大量光子辐射都会得到不正确的温度测量结果。上述错误导致的设计问题就有可能影响LED最终产品的寿命。
正确的做法应该是精确测量LED的焊点温度来确认半导体照明灯具中LED的结温。以TEMPO测试为例，它包括测量到的焊点温度，稳态状态下光源的红外光城乡，以及从上述测量结果计算得到结温。如图2中所示的温度测量和红外成像能有助于测量和阐明基于LED光源的热性能。
图2中右侧两块相同PCB板红外成像的不同显示出了二者热性能的差异。左边的黄色的PCB板温度更低，右边的PCB板为亮红色，而且其中LED已为白热状，表明右边的PCB板在安装时存在热界面问题。
LED和PCB板之间物理界面的质量，会对半导体照明系统的热性能产生主要影响，其主要通过X光成像进行评估。通过X光对PCB进行分析能有效检验焊接工艺的质量，并查出是否存在空洞或过量焊料的现象。将X光摄像头置于LED半球之上，焦平面与焊盘重合，就能清晰显示出焊接界面的质量。如果看到大量的焊料空洞或焊盘间有过量焊料颗粒则意味着LED焊接质量不佳。
电测试
当评估半导体照明设计时需要考虑的重要电参数包括效率、功率因素、驱动电流瞬态分析、亮度调节器兼容性和整体光源功效等。图3显示了部分电测试的例子。驱动器效率可以用输出到LED的功率除以灯具的测量输入功率计算得到，它是评价半导体照明系统电流驱动器性能的合适指标。在本测试中，电流驱动器对LED的输出功率为各LED正向电压和电流乘积的总和。
光源功效（LuminaireEfficacy),有时也被称为转换效率（Wall-plugEfficacy),是表征灯具能将多少电能转化为光子的指标。处于静态状态时，该指标可由总光通量除以总输入功率得到，单位为lm/W。功效是一个能很好表征衡量系统性能实质的数字，因为其由电、光度、光学和热性能等综合决定。仅仅具备高功效的光引擎并不一定能获得高的总体功效，因为外部透镜的光损失，或为LED提供驱动电流的驱动器电路的低效率都会对后者产生负面影响。
功率因素是另外一个与LED驱动器性能相关的电指标，并往往是路灯的关键参数，因为连接到电网的路灯数量太大。DLC对于路灯明确要求功率因素要大于0.9。一般来说，功率因素越接近1，性能越好。
功率因素如果为1则表明接入的电压与消耗的电流具有相同的相位。对于宽输入电压系统（例如120-277VAC)，应该对所有可能用到的名义输入电压（对于此例为120、220和277VAC)测量功率因素。并将其中最差的功率因素记入提交到的DLC的报告中，该种情况一般出现在最高的名义电压下。
亮度调节器兼容性
亮度调节器的兼容性也是一个非常关键的质量因素，而为传统白炽灯负载设计的产痛相位控制亮度调节器并不能很好地适用于半导体照明系统及其驱动器。亮度调节器的兼容性测试一般是将半导体照明产品与一系列常用的亮度调节器相连，并定性地观察下列特征：闪烁（flicker)、亮度调节的平滑性（smoothness)、调整控制面板但亮度无变化（deadtravel)、亮度调到较低或关闭后西药调到较高亮度才能重新点亮（pop-on)、人耳可辨噪音（audiblenoise)和未调至最低亮度就已熄灭（dropout)。
NEMA(美国电气制造商协会）最新公布了一项名为《用于半导体固态照明的截相亮度调节:基本兼容性》(SSL7A-201X)的标准，规定亮度调节器电路进行最大和最小导通角测试。NEMA调度调节器测试包括最大光输出（MLO)以及与NEMA给定亮度调节器电路相比的参考最低光输出（RMLO)。使用NEMA指定亮度调节电路得到的测试结果例举在附表中。
瞬态超限电流的发生也是LED性能下降的重要机制之一。也就是短时间内输送给LED的电流超过了数据手册上规定的最大电流。瞬时超限电流每次发生的时间通常只有毫秒，通常由热插拔及电流驱动器的开启瞬态响应引起。其亦常为LED驱动器潜在电超限应力的来源。高速开启的电流检验数字存储震荡特性，并记录下瞬态响应。这些电特性都需要测试来帮助确保半导体照明产品的系统质量。
光度和光学测试
光度测试包括总辐射通量(RadiantFlux),光通量（LuminousFlux)、色度、相对色温（CCT)以及色彩渲染指数（CRI)等。辐射通量的单位为瓦、通过计算从光源发射出电磁辐射（光）的总功率来得到。光通量则为根据人眼视觉感知加权后的测量结果。从数学上来说也就是，将测量到的辐射通量与人眼的滤波响应进行卷积计算得到，单位为流明。光度测量应在足够长时间段内重复进行的1分钟间隔期内进行，以使灯具能够处于热平衡状态。
为了进行TEMPO光度和光学测试，科锐公司使用了一个直径为2m、型号为CSLMS-7660的Labsphere积分球，以及Labsphere-OtsukaElectronics的MC-9801光谱仪。光度测试遵循IESLM-79-081规范，并使用NIST可循迹灯进行吸收矫正等程序，另外还要保证被测器件的发射平面与积分球的传感器挡板共线。在科锐的实验室中，使用Chroma的Model61503交直流电源为被测单元供电，由Xitron的Model2801功率分析仪来进行功率测量。
另外，科锐使用由UL的照明科学部门推出的C型测角光度计(goniophotometer)来测量光源的光照强度。该仪器会在一系列水平面上逐个扫描竖直角度上的光源光束，也就是在若干特定角度上测量得到光源的三维光束模式。IESLM-79-08要求使用C型测角光度计，因为被测的LED光源是以实际工作状态进行测量，没有显著的空气流动来对光源进行人工制冷。图4显示了该光度测量设备的图片。
我们在前文中提到过，辐射通量的单位为瓦、通过计算从光源发射出电磁辐CCy射（光）的总功率来得到，T而光通量则为根据人眼视觉感知加权后的测量结果。要正确表征系统特性，光通量测试需要在足够长的时间周期内每次一分钟进行多次测量，以使测试样本能达到LM-79-08所要求的稳定状态。图5所示的样本测试结果显示该光源需要大约1.6小时来达到稳定。
材料与化学制剂
系统评估的最后一步必须关注产品中使用的材料和化学制剂。长时间使用并处于相对高温后发生的化学反应，会影响LED和半导体照明产品的性能。
为保证选用了合适的部件，并且在制造工艺中没有引入任何降低性能的化学反应，应该将LED从制成的光源中取出并进行完全地表征测量。科锐通常从光源中取出5颗LED进行检验，在700mA的电流下对每个LED单独进行光度性能测量。图6将样本测试结果绘制到分级图（BinningChart)中，它们的通量均归于T3档(最低220lm±7%)，色度则分别为6C1、6D2、7B4和7A3档。上述分级数据可与用于半导体照明产品中LED的出厂数据进行比较，以检验LED是否发生了性能下降。
综上所述，推向市场的速度在当前竞争激励的半导体照明产业中至关重要，但产品质量亦是如此。科锐致力于克服技术难关，按需快速提供针对系统的热、电、机械、光度和光学(TEMPO)测试数据。这样能帮助半导体照明产业在尽可能短的时间内为市场提供高质量的产品。正确的系统测试、报告生成和测量结果电话咨询，可以明确半导体照明产品的质量如何，帮助终端用户获得高质量的半导体照明产品。
在科锐位于北卡罗来纳州Durham的总部，科锐杜汉姆技术中心通过了美国自愿实验室认证计划(NVLAP)的认证，NVLAP实验室编号500070-0，它能满足ISOAEC17025:2005、IESLM-58-94以及IESLM-79-08标准的要求。
