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2015-05-04 14:42 |
常見LED應用失效問題及預防措施
LED照明產(chǎn)品失效模式一般可分為：芯片失效、封裝失效、電應力失效、熱應力失效、裝配失效。通過對這些失效現(xiàn)象的分析和改進，可對我們設計和生產(chǎn)高可靠性的LED照明產(chǎn)品提供幫助。 HLYTt)f}
LED常見故障（失效） @VVDN
芯片失效 GqT 0SP
芯片失效是指芯片本身失效或其它原因造成芯片失效。造成這種失效的原因往往有很多種：芯片裂紋是由于鍵合工藝條件不合適，造成較大的應力，隨著熱量積累所產(chǎn)生的熱機械應力也隨之加強，導致芯片產(chǎn)生微裂紋，工作時注入的電流會進一步加劇微裂紋使之不斷擴大，直至器件完全失效。其次，如果芯片有源區(qū)本來就有損傷，那么會導致在加電過程中逐漸退化直至失效，同樣也會造成燈具在使用過程中光衰嚴重直至不亮。再者，若芯片粘結工藝不良，在使用過程中會導致芯片粘結層完全脫離粘結面而使得樣品發(fā)生開路失效，同樣也會造成LED在使用過程中發(fā)生“死燈”現(xiàn)象。導致芯片粘結工藝不良的原因，可能是由于使用的銀漿過期或者暴露時間過長、銀漿使用量過少、固化時間過長、固晶基面被污染等。 i4XE26B;e
封裝失效 \j$q';9p
封裝失效是指封裝設計或生產(chǎn)工藝不當導致器件失效。封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，在使用過程中會發(fā)生劣化問題，致使LED的壽命降低。這種劣化問題包括：光透過率、折射率、膨脹系數(shù)、硬度、透水性、透氣性、填料性能等，其中尤以光透過率最為重要。有研究表明光的波長越短，光透過率的劣化越嚴重，但是對于綠光以上波長(即大于560nm)來說，這種影響并不嚴重。Lumileds2003年曾公布過功率LED白光器件和φ5白光器件的壽命實驗曲線，19kh后，用硅樹脂封裝的功率器件，光通量仍可維持初始的80%，而用環(huán)氧樹脂封裝的對比曲線則表示在6kh后，光通量維持率僅為50%。實驗表明，在芯片發(fā)光效率相同的情況下，靠近芯片的環(huán)氧樹脂明顯變成黃色、繼而變成褐色。這種明顯的退化過程，主要就是由于光照以及溫升引起的環(huán)氧樹脂光透過率的劣化所造成的。與此同時，在由藍光激發(fā)黃色熒光粉發(fā)出白光的LED中，封裝透鏡的褐變會影響其反射性，并且使得發(fā)出的藍光不足以激發(fā)黃色熒光粉，從而使得光效和光譜分布發(fā)生改變。 E R ^#J**
對于封裝而言，還有一個影響LED壽命的重要因素就是腐蝕。在LED使用中，一般引起腐蝕的主要原因是水汽滲入了封裝材料內(nèi)部，導致引線變質、PCB銅線銹蝕;有時，隨水汽引入的可動導電離子會駐留在芯片表面，從而造成漏電。此外，封裝質量不好的器件，在其封裝體內(nèi)部會有大量的殘留氣泡，這些殘留的氣泡同樣也會造成器件的腐蝕。 J_H=GHMp}
熱過應力失效 i7UE9Nyl*
溫度一直是影響LED光學性質的重要因素，而在研究LED失效模式的時候，國內(nèi)外學者考慮到將工作環(huán)境溫度作為加速應力，來進行LED加速壽命實驗。這是因為在LED系統(tǒng)熱阻不變的前提下，封裝引腳焊接點的溫度升高，則結溫也會隨之升高，從而導致LED提前失效。 .e,(}_[[<
電過應力失效 `]q>A']Dl
LED若在過電流的情況下使用(EOS)或者靜電沖擊損傷(ESD)了芯片，都會造成芯片開路，形成電過應力失效。例如，GaN是寬禁帶材料.電阻率較高。如果使用該類芯片，在生產(chǎn)過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失，當其累積到相當?shù)某潭葧r，可以產(chǎn)生很高的靜電電壓，這一電壓一旦超過材料的承受能力，就會發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電，使得器件失效。 R;{y]1u
改善措施 6*({ZE
通過對以上所介紹的LED主要失效模式的分析，可以從中獲悉改善LED在實際使用壽命的技術方法。 \~O }V ~wE
散熱技術 !jIpgs5
散熱技術一直是影響LED應用的重要環(huán)節(jié)，如果LED器件不能夠及時散熱，就會導致芯片的結溫嚴重升高，繼而發(fā)光效率急劇下降，可靠性(如壽命、色移等)將變壞;于此同時，高溫高熱將使LED封裝結構內(nèi)部產(chǎn)生機械應力，可能進一步引發(fā)一系列的可靠性問題。因此，在制造工藝上，可以選擇導熱性好的底座，并且使得LED的散熱面積盡可能的大，從而增加器件的散熱性能。 ` ]0E)
防靜電技術 REe<k<>p~
以GaN作為芯片的LED，在使用中存在的一個很大問題就是靜電效應，如果不處理好這一問題，就會嚴重影響到器件的壽命。因此，在LED設計時，要充分考慮到防靜電的設計，以避免器件因為高靜電電壓造成擊穿等失效現(xiàn)象。 zv%9? :
封裝技術 Jn/"(mM
封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，會因為光照以及溫升而引起其光透過率的劣化，在使用中則表現(xiàn)為原本透明的環(huán)氧樹脂材料發(fā)生褐變，影響器件原本的光譜功率分布。因此，在進行LED封裝的時候，我們要嚴格控制固化的溫度，避免在進行封裝的時候，就已經(jīng)造成了環(huán)氧樹脂的提前老化。另一方面，為了防止器件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，在選擇透明性好的封裝材料的同時，要注意注塑過程中，盡量排干凈材料內(nèi)部的氣泡，以減小水氣的殘留量，降低器件發(fā)生腐蝕的幾率。 L#|, _j=9
優(yōu)化制造工藝 B"903 g 1
LED制造過程中需要合適的鍵合條件，若鍵合過大將會壓傷芯片，反之則會造成器件的鍵合強度不足，使得器件容易脫松。因此，在保證器件鍵合強度的同時，需要盡量降低鍵合工藝對芯片造成的損傷，以達到優(yōu)化鍵合工藝的目的。在進行芯片的粘接時，要求控制溫度和時間在合適的范圍之內(nèi)，使得焊料達到致密，無空洞，殘余應力小等工藝要求。 j=C
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