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)光器材組成部分,具有耗電量小、發(fā)光功率高自然條件、體積小等長(zhǎng)處設計標準,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)互動互補、照明發揮重要帶動作用、背光等許多范疇。這些年意料之外,跟著LED技能的不斷進(jìn)步文化價值,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%置之不顧;而白光LED的光效現(xiàn)已超越150lm/W不斷完善,這些特色都使得LED遭到越來(lái)越多的重視。
當(dāng)前方便,雖然LED的理論壽數(shù)可以到達(dá)50kh基礎上,然而在實(shí)習(xí)運(yùn)用中,由于遭到種種要素的制約應用領域,LED往往達(dá)不到這么高的理論壽數(shù)保持競爭優勢,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)腳步發展機遇。為了處理這一疑問(wèn)不容忽視,許多專(zhuān)家現(xiàn)已展開(kāi)了關(guān)聯(lián)研討組織了,而且得到了一些重要的定論。這篇文章即是在此基礎(chǔ)上進入當下,對(duì)構(gòu)成 LED失效的重要要素進(jìn)行體系性的剖析紮實,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)新體系。
一投入力度、LED失效形式
LED失效形式首要有:芯片失效、封裝失效不難發現、熱過(guò)應(yīng)力失效貢獻法治、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)發展需要。這篇文章遷就這幾種首要失效形式攻堅克難,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)成芯片失效顯示。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雙向互動,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)設計能力,致使芯片發(fā)作微裂紋品牌,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,直至器材徹底失效更為一致。其次等形式,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研究與應用,一樣也會(huì)構(gòu)成燈具在運(yùn)用進(jìn)程中光衰嚴(yán)峻直至不亮飛躍。再者,若芯片粘結(jié)技能不良全面協議,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)路失效組成部分,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)技能不良的緣由新的動力,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)的過程中、銀漿運(yùn)用量過(guò)少、固化時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)廣泛關註、固晶基面被污染等促進進步。
(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)脂資料優勢領先,在運(yùn)用進(jìn)程中會(huì)發(fā)作劣化疑問(wèn)迎來新的篇章,致使LED的壽數(shù)下降。這種劣化疑問(wèn)包含:光透過(guò)率不可缺少、折射率蓬勃發展、膨脹系數(shù)特點、硬度、透水性重要性、透氣性又進了一步、填料功能等,其間尤以光透過(guò)率最為重要多元化服務體系。有研討標(biāo)明光的波長(zhǎng)越短規劃,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)深度,這種影響并不嚴(yán)峻帶動擴大。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后開拓創新,用硅樹(shù)脂封裝的功率器材持續發展,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后促進善治,光通量保持率僅為50%擴大。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明,在芯片發(fā)光功率一樣的情況下實事求是,接近芯片的環(huán)氧樹(shù)脂顯著成為黃色進行探討、繼而成為褐色落到實處。這種顯著的退化進(jìn)程服務水平,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。與此一起技術創新,在由藍(lán)光激起黃色熒光粉宣布白光的LED中處理方法,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持續向好,然后使得光效和光譜散布發(fā)作改動(dòng)習慣。
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進展情況。在LED運(yùn)用中的積極性,通常致使腐蝕的首要緣由是水汽滲入了封裝資料內(nèi)部,致使引線蛻變至關重要、PCB銅線銹蝕不久前;有時(shí),隨水汽引進(jìn)的可動(dòng)導(dǎo)電離子會(huì)駐留在芯片外表使用,然后構(gòu)成漏電合規意識。此外,封裝質(zhì)量欠好的器材有效性,在其封裝體內(nèi)部會(huì)有很多的殘留氣泡創新內容,這些殘留的氣泡一樣也會(huì)構(gòu)成器材的腐蝕機遇與挑戰。
(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)分善於監督,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)力集成技術,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至關重要,封裝引腳焊接點(diǎn)的溫度升高發展空間,則結(jié)溫也會(huì)隨之升高,然后致使LED提早失效有所應。
? ? 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)足了準備,該實(shí)驗(yàn)將LED樣品別離置于80、100著力提升、120℃下深刻內涵,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)融合,即判定為失效深入闡釋。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)中完成的事情,LED結(jié)溫升高會(huì)使得環(huán)氧樹(shù)脂資料發(fā)作異變物聯與互聯,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)作退化改造層面,結(jié)尾致使封裝失效供給。
(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)路經驗分享,構(gòu)成電過(guò)應(yīng)力失效解決方案。例如,GaN是寬禁帶資料.電阻率較高有力扭轉。若是運(yùn)用該類(lèi)芯片上高質量,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)廣度和深度,可以發(fā)作很高的靜電電壓著力增加,這一電壓一旦超越資料的承受能力,就會(huì)發(fā)作擊穿表象并放電科技實力,使得器材失效處理。
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勃勃生機,可以從中得悉改進(jìn)LED在實(shí)習(xí)運(yùn)用壽數(shù)的技能辦法助力各業。
(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)散熱提供有力支撐,就會(huì)致使芯片的結(jié)溫嚴(yán)峻升高應用,繼而發(fā)光功率急劇下降建議,牢靠性(如壽數(shù)、色移等) 將變壞相貫通;于此一起不斷發展,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]自動化方案。因而緊密協作,在制作技能上,可以挑選導(dǎo)熱性好的底座線上線下,而且使得LED的散熱面積盡可以的大發揮重要作用,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數據顯示,在運(yùn)用中存在的一個(gè)很大疑問(wèn)即是靜電效應(yīng)高質量,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)記得牢。因而註入了新的力量,在LED描繪時(shí),要充沛考慮到防靜電的描繪更多可能性,以避免器材由于高靜電電壓構(gòu)成擊穿等失效表象去創新。
(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)率的劣化緊迫性,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)作褐變結構,影響器材本來(lái)的光譜功率散布。因而多元化服務體系,在進(jìn)行LED封裝的時(shí)分規劃,咱們要嚴(yán)格操控固化的溫度擴大公共數據,避免在進(jìn)行封裝的時(shí)分便利性,就現(xiàn)已構(gòu)成了環(huán)氧樹(shù)脂的提早老化。
另一方面重要平臺,為了避免器材發(fā)作腐蝕表象深刻認識,在挑選通明性好的封裝資料的一起,要注意注塑進(jìn)程中應用提升,盡量排潔凈資料內(nèi)部的氣泡主動性,以減小水氣的殘留量,下降器材發(fā)作腐蝕的幾率發展的關鍵。
(4) 優(yōu)化制作技能
LED制作進(jìn)程中需求適宜的鍵合條件道路,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)度缺乏真諦所在,使得器材簡(jiǎn)單脫松指導。因而競爭力,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)成的損傷進一步完善,以到達(dá)優(yōu)化鍵合技能的意圖集聚。
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)調整推進,使得焊料到達(dá)細(xì)密狀況,無(wú)空泛,剩余應(yīng)力小等技能需求機製。
(5) 合理挑選
在LED出廠前全過程,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)探討,除掉一些可以發(fā)作提早失效的器材效果,以下降LED在實(shí)習(xí)運(yùn)用中的提早失效表象。
定論
綜上所述合規意識,雖然LED具有很高的理論壽數(shù)密度增加,可是在實(shí)習(xí)運(yùn)用進(jìn)程中,受芯片創新內容、封裝機遇與挑戰、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)期的理論值善於監督。為了的確進(jìn)步 LED的壽數(shù)集成技術,無(wú)論是在制作技能上,仍是在運(yùn)用層面上進一步,都需求更進(jìn)一步的研討大部分、探究和實(shí)習(xí)。跟著LED技能的不斷發(fā)展實際需求,一定還會(huì)有新的疑問(wèn)不斷顯現(xiàn)解決方案。可是只需可以把握LED失效的根本緣由善謀新篇,就能在實(shí)習(xí)中的確改進(jìn) LED器材的功能增產,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)和日子方法。
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