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LED主要失效模式分析及其改善

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  ?LED是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光和輻射能的發(fā)光器材,具有耗電量小、發(fā)光功率高、體積小等長(zhǎng)處,當(dāng)前現(xiàn)已逐步成為了一種新式高效節(jié)能商品,而且被廣泛運(yùn)用于顯現(xiàn)、照明、背光等許多范疇。這些年,跟著LED技能的不斷進(jìn)步,其發(fā)光功率也有了顯著的晉升,現(xiàn)有的藍(lán)光 LED體系功率可以到達(dá)60%;而白光LED的光效現(xiàn)已超越150lm/W,這些特色都使得LED遭到越來(lái)越多的重視。

  當(dāng)前,雖然LED的理論壽數(shù)可以到達(dá)50kh,然而在實(shí)習(xí)運(yùn)用中,由于遭到種種要素的制約,LED往往達(dá)不到這么高的理論壽數(shù),呈現(xiàn)了過(guò)早失效表象,這大大阻止了LED作為新式節(jié)能型商品的行進(jìn)腳步。為了處理這一疑問(wèn),許多專(zhuān)家現(xiàn)已展開(kāi)了關(guān)聯(lián)研討,而且得到了一些重要的定論。這篇文章即是在此基礎(chǔ)上,對(duì)構(gòu)成 LED失效的重要要素進(jìn)行體系性的剖析,而且提出一些改進(jìn)辦法,以希望可以完善LED的實(shí)習(xí)運(yùn)用壽數(shù)。

  一、LED失效形式

  LED失效形式首要有:芯片失效、封裝失效、熱過(guò)應(yīng)力失效、電過(guò)應(yīng)力失效以及安裝失效,其間尤以芯片失效和封裝失效最為常見(jiàn)。這篇文章遷就這幾種首要失效形式,進(jìn)行具體的剖析。

  (1) 芯片失效

  芯片失效是指芯片自身失效或其它緣由構(gòu)成芯片失效。構(gòu)成這種失效的緣由往往有許多種:芯片裂紋是由于鍵合技能條件不適宜,構(gòu)成較大的應(yīng)力,跟著熱量堆集所發(fā)作的熱機(jī)械應(yīng)力也隨之加強(qiáng),致使芯片發(fā)作微裂紋,作業(yè)時(shí)寫(xiě)入的電流會(huì)進(jìn)一步加重微裂紋使之不斷擴(kuò)大,直至器材徹底失效。其次,若是芯片有源區(qū)正本就有損傷,那么會(huì)致使在加電進(jìn)程中逐步退化直至失效,一樣也會(huì)構(gòu)成燈具在運(yùn)用進(jìn)程中光衰嚴(yán)峻直至不亮。再者,若芯片粘結(jié)技能不良,在運(yùn)用進(jìn)程中會(huì)致使芯片粘結(jié)層徹底脫離粘結(jié)面而使得樣品發(fā)作開(kāi)路失效,一樣也會(huì)構(gòu)成LED在運(yùn)用進(jìn)程中發(fā)作“死燈”表象。致使芯片粘結(jié)技能不良的緣由,可以是由于運(yùn)用的銀漿過(guò)期或許露出時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)、銀漿運(yùn)用量過(guò)少、固化時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)、固晶基面被污染等。

  (2) 封裝失效

  封裝失效是指封裝描繪或出產(chǎn)技能不妥致使器材失效。封裝所用的環(huán)氧樹(shù)脂資料,在運(yùn)用進(jìn)程中會(huì)發(fā)作劣化疑問(wèn),致使LED的壽數(shù)下降。這種劣化疑問(wèn)包含:光透過(guò)率、折射率、膨脹系數(shù)、硬度、透水性、透氣性、填料功能等,其間尤以光透過(guò)率最為重要。有研討標(biāo)明光的波長(zhǎng)越短,光透過(guò)率的劣化越嚴(yán)峻,可是關(guān)于綠光以上波長(zhǎng)(即大于560nm)來(lái)說(shuō),這種影響并不嚴(yán)峻。Lumileds2003年曾發(fā)布過(guò)功率LED白光器材和φ5白光器材的壽數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線,19kh后,用硅樹(shù)脂封裝的功率器材,光通量仍可保持初始的80%,而用環(huán)氧樹(shù)脂封裝的對(duì)比曲線則標(biāo)明在6kh后,光通量保持率僅為50%。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明,在芯片發(fā)光功率一樣的情況下,接近芯片的環(huán)氧樹(shù)脂顯著成為黃色、繼而成為褐色。這種顯著的退化進(jìn)程,首要即是由于光照以及溫升致使的環(huán)氧樹(shù)脂光透過(guò)率的劣化所構(gòu)成的。與此一起,在由藍(lán)光激起黃色熒光粉宣布白光的LED中,封裝透鏡的褐變會(huì)影響其反射性,而且使得宣布的藍(lán)光缺乏以激起黃色熒光粉,然后使得光效和光譜散布發(fā)作改動(dòng)。

  關(guān)于封裝而言,還有一個(gè)影響LED壽數(shù)的重要要素即是腐蝕。在LED運(yùn)用中,通常致使腐蝕的首要緣由是水汽滲入了封裝資料內(nèi)部,致使引線蛻變、PCB銅線銹蝕;有時(shí),隨水汽引進(jìn)的可動(dòng)導(dǎo)電離子會(huì)駐留在芯片外表,然后構(gòu)成漏電。此外,封裝質(zhì)量欠好的器材,在其封裝體內(nèi)部會(huì)有很多的殘留氣泡,這些殘留的氣泡一樣也會(huì)構(gòu)成器材的腐蝕。

  (3) 熱過(guò)應(yīng)力失效

  溫度一直是影響LED光學(xué)性質(zhì)的重要要素,而在研討LED失效形式的時(shí)分,國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家考慮到將作業(yè)環(huán)境溫度作為加快應(yīng)力,來(lái)進(jìn)行LED加快壽數(shù)實(shí)驗(yàn)。這是由于在LED體系熱阻不變的前提下,封裝引腳焊接點(diǎn)的溫度升高,則結(jié)溫也會(huì)隨之升高,然后致使LED提早失效。
? ? Hsu等人對(duì)不一樣廠商所供給的LED樣品進(jìn)行加快壽數(shù)實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)將LED樣品別離置于80、100、120℃下,運(yùn)用3.2V電壓驅(qū)動(dòng),而且規(guī)定當(dāng)樣品的光功率下降到起始值的50%時(shí),即判定為失效。圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明:高功率LED的壽數(shù)跟著加快壽數(shù)實(shí)驗(yàn)溫度的升高以及加快時(shí)刻的添加而減小。在加快壽數(shù)實(shí)驗(yàn)中,LED結(jié)溫升高會(huì)使得環(huán)氧樹(shù)脂資料發(fā)作異變,然后添加了體系的熱阻,使得芯片與封裝之間的受熱外表發(fā)作退化,結(jié)尾致使封裝失效。

(4) 電過(guò)應(yīng)力失效

  LED若在過(guò)電流的情況下運(yùn)用(EOS)或許靜電沖擊損傷(ESD)了芯片,都會(huì)構(gòu)成芯片開(kāi)路,構(gòu)成電過(guò)應(yīng)力失效。例如,GaN是寬禁帶資料.電阻率較高。若是運(yùn)用該類(lèi)芯片,在出產(chǎn)進(jìn)程中因靜電發(fā)作的感生電荷不易不見(jiàn),當(dāng)其累積到適當(dāng)?shù)某潭葧r(shí),可以發(fā)作很高的靜電電壓,這一電壓一旦超越資料的承受能力,就會(huì)發(fā)作擊穿表象并放電,使得器材失效。

  二、改進(jìn)辦法

  經(jīng)過(guò)對(duì)以上所介紹的LED首要失效形式的剖析,可以從中得悉改進(jìn)LED在實(shí)習(xí)運(yùn)用壽數(shù)的技能辦法。

  (1) 散熱技能

  散熱技能一直是影響LED運(yùn)用的重要環(huán)節(jié),若是LED器材不可以及時(shí)散熱,就會(huì)致使芯片的結(jié)溫嚴(yán)峻升高,繼而發(fā)光功率急劇下降,牢靠性(如壽數(shù)、色移等) 將變壞;于此一起,高溫高熱將使LED封裝布局內(nèi)部發(fā)作機(jī)械應(yīng)力,可以進(jìn)一步引發(fā)一系列的牢靠性疑問(wèn)[5]。因而,在制作技能上,可以挑選導(dǎo)熱性好的底座,而且使得LED的散熱面積盡可以的大,然后添加器材的散熱功能。

  (2) 防靜電技能

  以GaN作為芯片的LED,在運(yùn)用中存在的一個(gè)很大疑問(wèn)即是靜電效應(yīng),若是不處理好這一疑問(wèn),就會(huì)嚴(yán)峻影響到器材的壽數(shù)。因而,在LED描繪時(shí),要充沛考慮到防靜電的描繪,以避免器材由于高靜電電壓構(gòu)成擊穿等失效表象。

  (3) 封裝技能

  封裝所用的環(huán)氧樹(shù)脂資料,會(huì)由于光照以及溫升而致使其光透過(guò)率的劣化,在運(yùn)用中則表現(xiàn)為本來(lái)通明的環(huán)氧樹(shù)脂資料發(fā)作褐變,影響器材本來(lái)的光譜功率散布。因而,在進(jìn)行LED封裝的時(shí)分,咱們要嚴(yán)格操控固化的溫度,避免在進(jìn)行封裝的時(shí)分,就現(xiàn)已構(gòu)成了環(huán)氧樹(shù)脂的提早老化。

  另一方面,為了避免器材發(fā)作腐蝕表象,在挑選通明性好的封裝資料的一起,要注意注塑進(jìn)程中,盡量排潔凈資料內(nèi)部的氣泡,以減小水氣的殘留量,下降器材發(fā)作腐蝕的幾率。

  (4) 優(yōu)化制作技能

  LED制作進(jìn)程中需求適宜的鍵合條件,若鍵合過(guò)大將會(huì)壓傷芯片,反之則會(huì)構(gòu)成器材的鍵合強(qiáng)度缺乏,使得器材簡(jiǎn)單脫松。因而,在確保器材鍵合強(qiáng)度的一起,需求盡量下降鍵合技能對(duì)芯片構(gòu)成的損傷,以到達(dá)優(yōu)化鍵合技能的意圖。

  在進(jìn)行芯片的粘接時(shí),需求操控溫度和時(shí)刻在適宜的規(guī)模之內(nèi),使得焊料到達(dá)細(xì)密,無(wú)空泛,剩余應(yīng)力小等技能需求。

  (5) 合理挑選

  在LED出廠前,可以添加一道挑選技能,即是對(duì)其間的一些樣品進(jìn)行合理的老化和挑選實(shí)驗(yàn),除掉一些可以發(fā)作提早失效的器材,以下降LED在實(shí)習(xí)運(yùn)用中的提早失效表象。

  定論

  綜上所述,雖然LED具有很高的理論壽數(shù),可是在實(shí)習(xí)運(yùn)用進(jìn)程中,受芯片、封裝、應(yīng)力等要素的影響,運(yùn)用時(shí)刻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能到達(dá)所預(yù)期的理論值。為了的確進(jìn)步 LED的壽數(shù),無(wú)論是在制作技能上,仍是在運(yùn)用層面上,都需求更進(jìn)一步的研討、探究和實(shí)習(xí)。跟著LED技能的不斷發(fā)展,一定還會(huì)有新的疑問(wèn)不斷顯現(xiàn)。可是只需可以把握LED失效的根本緣由,就能在實(shí)習(xí)中的確改進(jìn) LED器材的功能,將這種新式光源推行到運(yùn)用范疇的前端,非常好地服務(wù)于出產(chǎn)和日子。

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