全產(chǎn)業(yè)鏈努力 提升戶外SMDLED 顯示屏的可靠性
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? ? 近年戶外標(biāo)貼顯示屏因其相對(duì)于燈管（346、546等）戶外顯示屏而言，在混光效果和安裝工藝上具有極大的優(yōu)越性，因而需求有大幅度的增加，同時(shí)也出現(xiàn)諸多可靠性問題，引起的質(zhì)量糾紛也時(shí)有發(fā)生。因此筆者認(rèn)為，對(duì)戶外用SMDLED以及由SMDLED制作的戶外顯示屏的可靠性進(jìn)行整理、研究、分析，集思廣益，總結(jié)整理出有關(guān)的制造、檢驗(yàn)、使用的規(guī)范，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。
? ? 筆者認(rèn)為，對(duì)于戶外SMDLED和戶外SMDLED顯示屏可靠性問題，要考慮以下問題：
? ? （一）曾經(jīng)有網(wǎng)友指出，封裝材料，PPA（聚鄰苯二甲酰胺），環(huán)氧樹脂，金屬的熱脹系數(shù)差異，在環(huán)境溫度變化或管子工作時(shí)溫升時(shí)造成LED引線開路，從而造成死燈，就是LED戶外表貼顯示屏的“命門”所在。確切地說，這只是“命門”的一個(gè)部分，或許還不是當(dāng)前戶外SMDLED顯示屏可靠性問題的最關(guān)鍵的部分。實(shí)際上，封裝材料與引線金屬的熱脹系數(shù)不同，熱脹冷縮造成LED內(nèi)部應(yīng)力的問題是各種LED管都有的問題，經(jīng)過業(yè)界十年以上的研究發(fā)展，已經(jīng)在很大程度上得到解決。眾所周知，直插式燈管的封裝材料也是環(huán)氧樹脂，引線也是金絲，而目前如346，546等經(jīng)典戶外用LED直插式燈管因引線熱脹系數(shù)差異引起的死燈現(xiàn)象已非常少見，可以說問題已基本解決。可見封裝廠家在材料工藝上采取措施是可以有效地解決這個(gè)“命門”。事實(shí)上多數(shù)生產(chǎn)SMDLED的封裝廠家就已經(jīng)采取措施，也取得成效。SMDLED產(chǎn)品出廠前檢驗(yàn)中要進(jìn)行的包括高低溫存貯，高低溫沖擊，潮濕試驗(yàn)，機(jī)械震動(dòng)和沖擊等例行試驗(yàn)?zāi)苡行У貦z驗(yàn)這一類可靠性問題。
? ? （二）戶外SMDLED封裝材料熱脹系數(shù)的差異的影響可能更多的是影響器件的密封性。首先，無論是SMDLED還是直插式燈管，其金屬引線（管腳）與樹脂的熱脹系數(shù)不同，在冷熱變化的情況下，它們的界面會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的縫隙，久而久之，產(chǎn)生裂紋。環(huán)氧樹脂等封裝本身，因工藝的缺陷其致密性也有可能存在缺陷，這樣，水汽或其他有害氣體就可能侵入，造成危害。PPA材料吸濕性相對(duì)較大，在潮濕環(huán)境下其濕應(yīng)力也會(huì)造成密封性缺陷。對(duì)此，必須在材料和封裝工藝方面尋找解決方法。制作戶外顯示屏，普遍采用封膠的辦法，能有效解決這個(gè)問題?？上?duì)于戶外SMDLED顯示屏，封膠的方法效果有限。眾所周知，直插式燈管封膠時(shí)是自PCB板向上，一直封到管帽高度，且將部分管帽封住，也就是說，把管腳出線處淹沒在密封膠里，只要保證密封膠與管子封裝材料的良好連接，就可以解決金屬引線與封裝樹脂的熱脹系數(shù)差異引起的密封性問題。
? ? 但是戶外SMFLED顯示屏的問題要大些。SMDLED的困難在于，除了引線問題之外，它的出光窗口的材料（多為環(huán)氧樹脂）與外殼（采用PPA）的材料的連接處的縫隙也會(huì)造成密封性不佳的問題；首先是它們的熱脹系數(shù)的不同，其次這兩種材料本身的接觸性不夠好，這樣溫度變化必然產(chǎn)生細(xì)微縫隙，導(dǎo)致密封性變差。為此要采用好的密封膠水改善其接觸性。很顯然，SMDLED出光窗口處不同材質(zhì)的材料接觸面的大小比引線出線處的要大得多，所以這種潛在的漏氣的危險(xiǎn)也大得多。戶外SMDLED屏幕盡管也可以采用封膠方法，把引線灌封住，但一般不能把出光窗口也灌封起來，這就使得戶外SMDLED顯示屏密封性遠(yuǎn)比直插式燈管屏的密封性差。
? ? （三）同樣，對(duì)于有害氣體如腐蝕性氣體、鹽霧等的危害，戶外SMDLED顯示屏的抗御能力也比直插式燈管顯示屏要差很多。事實(shí)上，國內(nèi)外知名廠商的在推出戶外SMDLED器件和屏幕產(chǎn)品方面，是十分慎重和穩(wěn)健的，有的廠商盡管室內(nèi)SMDLED已經(jīng)十分廣泛使用，仍然遲遲不推出用于戶外的SMDLED產(chǎn)品，這當(dāng)然有他的原因。還有的廠商在制作戶外SMDLED顯示屏?xí)r，盡管已經(jīng)采用適于戶外用的SMDLED器件，仍然使用專門設(shè)計(jì)的防護(hù)罩或采用其他防護(hù)措施，例如整體灌膠等。這樣當(dāng)然增加成本和并且損失一些光能輸出，但是可靠性得到更大的保障。
? ? 目前國內(nèi)外許多封裝廠商推出戶外用SMDLED器件產(chǎn)品，這是產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)進(jìn)步的成果，負(fù)責(zé)任的廠商在可靠性方面是做了大量的工作，經(jīng)過必要和足夠的試驗(yàn)驗(yàn)證，有的還為此申報(bào)并獲得若干專利和獎(jiǎng)勵(lì)。但另一方面，其成熟程度確實(shí)尚待更多的應(yīng)用來證實(shí)。
? ? 不過筆者看來，密封性的問題，還是不能掉以輕心，應(yīng)用戶外SMDLED產(chǎn)品制作戶外顯示屏，仍應(yīng)非常慎重，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解工作環(huán)境和工作條件，采取足夠的防護(hù)措施，精心設(shè)計(jì)精心施工。在把握不大的場(chǎng)合，例如可靠性要求特別高或環(huán)境特別惡劣，或有腐蝕性氣體的場(chǎng)合，寧可采取更多的措施，或避免使用SMDLED。
? ? （四）SMDLED屏幕的制作，與直插式LED燈管顯示屏最大的不同在于，直插式燈管的裝焊，采用波峰焊或人工手焊，而SMDLED必須采用回流焊。波峰焊是將元器件插裝好以后，將PCB板通過熔融的焊錫池，這時(shí)受熱的是PCB板和元器件的引腳，以LED管而言，受熱點(diǎn)在引線與PCB的接觸焊點(diǎn)處，距離LED的PN結(jié)一般有10mm左右。而回流焊完全不同，它是整個(gè)器件加熱的，在預(yù)熱階段，整個(gè)器件被加熱到150~200oC，焊接時(shí)的溫度更達(dá)到240~260oC，這樣LED受熱的情況比起直插式燈管要嚴(yán)峻的多得多。為了保證回流焊的質(zhì)量，又保證SMDLED和其他元器件安全可靠，廠商在SMDLED產(chǎn)品技術(shù)條件中都會(huì)提供一個(gè)回流焊應(yīng)遵循的溫度分布曲線，也就是在預(yù)熱階段，保溫階段，回流階段和冷卻階段的溫度分布要求，包括溫度上升速率控制，最高焊接溫度，保持高于某一焊接溫度的最大時(shí)間，以及冷卻速率等重要參數(shù)，技術(shù)條件一般也都會(huì)著重說明，必須按照該曲線來調(diào)控回流焊的溫度和過回流焊的時(shí)間，否則有可能損壞或傷害SMDLED器件。因此，屏幕制造廠家應(yīng)當(dāng)根據(jù)這個(gè)溫度分布曲線和焊料焊劑條件控制好回流焊的溫度分布特性。還要特別指出的是，各個(gè)廠家的不同型號(hào)的SMDLED的溫度控制曲線是不同的，屏幕制作廠家應(yīng)根據(jù)所用的SMDLED調(diào)整回流焊溫度控制過程，這樣才能保證避免發(fā)生器件損壞或受損，或是造成安全隱患，也就是當(dāng)時(shí)并不立即表現(xiàn)出來，而是在屏幕運(yùn)行一段時(shí)間后再變成死燈。
? ? （五）元器件的濕度敏感等級(jí)對(duì)于回流焊前的準(zhǔn)備工作極為重要。顯示屏所用的SMDLED和塑料封裝的各種元器件如貼片電阻、貼片電容都屬于非密封型固態(tài)表面貼裝組件。它們?cè)诖尜A或進(jìn)行回流焊之前的工序中，如果吸收了濕氣，那么，當(dāng)這類封裝暴露在回流焊的高溫時(shí)，封裝內(nèi)的蒸汽壓力會(huì)大幅增加，在特定狀況下，該壓力會(huì)造成封裝材料發(fā)生內(nèi)部脫層從而脫離晶粒及（或）導(dǎo)線框/基座，或是發(fā)生未擴(kuò)展到封裝外面的內(nèi)部裂縫、或是邦定損傷、金屬線窄化、邦定翹起、薄膜裂縫、或邦定下方凹口等等損傷，以最嚴(yán)重的狀況來說，這個(gè)應(yīng)力會(huì)造成封裝外部裂縫，即稱為“爆米花”的現(xiàn)象。器件當(dāng)即損壞，還可能會(huì)造成其他元器件或設(shè)備的損傷。JEDEC規(guī)定濕氣敏感等級(jí)分為8級(jí)，在進(jìn)行回流焊之前必須按其等級(jí)和環(huán)境條件對(duì)器件進(jìn)行消除濕氣的處理，對(duì)于密封包裝的元器件在拆封時(shí)間超過一定時(shí)間（車間壽命）的要進(jìn)行烘烤除濕，烘烤的條件和烘烤時(shí)間也有規(guī)定（參見JEDEC《非密封型固態(tài)表面貼裝組件的濕度/回流焊敏感性分類標(biāo)準(zhǔn)》IPCJ-STD020D.1）。所以，SMDLED器件的存貯保管和焊前準(zhǔn)備要求非常嚴(yán)格。SMDLED出廠時(shí)必須用密封包裝，包裝上注明產(chǎn)品的濕氣敏感度等級(jí)，包裝內(nèi)還有吸潮劑，一般密封包裝和吸潮劑保質(zhì)期為一年，存貯超過一年的SMDLED其質(zhì)量已經(jīng)無法保證，不能使用。因此，SMDLED是不能在倉庫保藏太久的。同時(shí)在SMDLED從密封包裝取出后，應(yīng)當(dāng)在24小時(shí)內(nèi)過回流焊，否則必須經(jīng)過恒濕恒溫箱烘烤。
? ? 不僅僅是SMDLED，凡屬SMD器件的回流焊都必須高度重視，如果元器件不滿足濕敏條件，（塑封元器件都屬于這種類型）都必須確保沒有水汽侵入，或在焊前進(jìn)行烘烤，否則，在過回流焊的時(shí)候就會(huì)發(fā)生脫層現(xiàn)象。損壞元器件。
? ? （六）無論是室內(nèi)用的LED還是戶外用的LED，也不分是何種封裝，直插式還是表面貼裝式，靜電放電都會(huì)造成損壞。而且靜電損傷具有隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性和積累性，對(duì)于顯示屏的可靠性和壽命影響極大。只有在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存貯、處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)都采取足夠的靜電防護(hù)措施，才能保證器件長(zhǎng)期安全有效的運(yùn)用。
? ? （七）用于戶外的LED顯示屏，無論是直插式燈管還是SMDLED顯示屏，如何抵御紫外線的侵害，是一個(gè)重要的課題，紫外線會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體材料性能的改變，降低LED的發(fā)光效率，同時(shí)又使得封裝材料老化，降低氣密性和透明度，使得LED的發(fā)光能力下降，屏幕亮度下降，而且環(huán)氧樹脂透明度降低，不僅出光效率下降，導(dǎo)致亮度下降，而且有更多的光被吸收，又使得結(jié)溫上升，最終影響管子的壽命。解決的途徑是采用抗紫外線性能好的封裝材料和膠水。
? ? （八）實(shí)現(xiàn)和提升LED顯示屏的可靠性是一個(gè)系統(tǒng)工程問題，涉及企業(yè)的方方面面。LED燈管和SMDLED芯片的可靠性是最重要的要素，除此之外，還要良好的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、使用和維護(hù)，可靠性工程說到底是企業(yè)的綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。至于戶外SMDLED顯示屏，作為L(zhǎng)ED顯示屏的新品種，其優(yōu)越性和發(fā)展前景毋庸置疑。但是畢竟歷史較短，經(jīng)驗(yàn)也有限，積累的數(shù)據(jù)也不多，為了不斷提高戶外SMDLED顯示屏的性能和可靠性，需要全行業(yè)，上下游廠商共同努力，形成良好的互動(dòng)，相輔相成，共謀發(fā)展。當(dāng)務(wù)之急，是制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)企業(yè)家和專家的共識(shí)，行業(yè)協(xié)會(huì)也已經(jīng)著手委托業(yè)內(nèi)有影響的廠商組織起草標(biāo)準(zhǔn)，不久將進(jìn)入評(píng)審報(bào)批階段，也希望得到更多的企業(yè)和專家的關(guān)注和支持。
? ? 作者簡(jiǎn)介：李熹霖（1939-），畢業(yè)于清華大學(xué)無線電電子學(xué)系，長(zhǎng)期在中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所從事信號(hào)和圖像處理研究工作，現(xiàn)為14所退休人員。1989年起從事LED顯示研究和產(chǎn)業(yè)化工作，曾任南京洛普公司總工程師（1990-2001），深圳鍵合隆公司總工程師（2001-2002），南京大賀顯示系統(tǒng)公司總工程師（2002-2003），江蘇億科達(dá)技術(shù)發(fā)展有限公司高級(jí)顧問（2003-2006）等?，F(xiàn)為中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)LED顯示應(yīng)用分會(huì)技術(shù)組組長(zhǎng)，發(fā)表LED應(yīng)用論文20余篇。
? ? ?本文章由澳鐳照明電器整理發(fā)布,澳鐳照明官方網(wǎng)站:www.35mr.com
