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(cháng)處,當前現已逐步成為了一種新式高效節能商品,而且被廣泛運用于顯現、照明、背光等許多范疇。這些年,跟著(zhù)LED技能的不斷進(jìn)步,其發(fā)光功率也有了顯著(zhù)的晉升,現有的藍光 LED體系功率可以到達60%;而白光LED的光效現已超越150lm/W,這些特色都使得LED遭到越來(lái)越多的重視。
當前,雖然LED的理論壽數可以到達50kh,然而在實(shí)習運用中,由于遭到種種要素的制約,LED往往達不到這么高的理論壽數,呈現了過(guò)早失效表象,這大大阻止了LED作為新式節能型商品的行進(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上,對構成 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)習運用壽數。
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)應力失效、電過(guò)應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成芯片失效。構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,構成較大的應力,跟著(zhù)熱量堆集所發(fā)作的熱機械應力也隨之加強,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大,直至器材徹底失效。其次,若是芯片有源區正本就有損傷,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 )構成燈具在運用進(jìn)程中光衰嚴峻直至不亮。再者,若芯片粘結技能不良,在運用進(jìn)程中會(huì )致使芯片粘結層徹底脫離粘結面而使得樣品發(fā)作開(kāi)路失效,一樣也會(huì )構成LED在運用進(jìn)程中發(fā)作“死燈”表象。致使芯片粘結技能不良的緣由,可以是由于運用的銀漿過(guò)期或許露出時(shí)刻過(guò)長(cháng)、銀漿運用量過(guò)少、固化時(shí)刻過(guò)長(cháng)、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,在運用進(jìn)程中會(huì )發(fā)作劣化疑問(wèn),致使LED的壽數下降。這種劣化疑問(wèn)包含:光透過(guò)率、折射率、膨脹系數、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。有研討標明光的波長(cháng)越短,光透過(guò)率的劣化越嚴峻,可是關(guān)于綠光以上波長(cháng)(即大于560nm)來(lái)說(shuō),這種影響并不嚴峻。Lumileds2003年曾發(fā)布過(guò)功率LED白光器材和φ5白光器材的壽數實(shí)驗曲線(xiàn),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)脂封裝的對比曲線(xiàn)則標明在6kh后,光通量保持率僅為50%。實(shí)驗標明,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(zhù)成為黃色、繼而成為褐色。這種顯著(zhù)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)率的劣化所構成的。與此一起,在由藍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壽數的重要要素即是腐蝕。在LED運用中,通常致使腐蝕的首要緣由是水汽滲入了封裝資料內部,致使引線(xiàn)蛻變、PCB銅線(xiàn)銹蝕;有時(shí),隨水汽引進(jìn)的可動(dòng)導電離子會(huì )駐留在芯片外表,然后構成漏電。此外,封裝質(zhì)量欠好的器材,在其封裝體內部會(huì )有很多的殘留氣泡,這些殘留的氣泡一樣也會(huì )構成器材的腐蝕。
(3) 熱過(guò)應力失效
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,國內外專(zhuān)家考慮到將作業(yè)環(huán)境溫度作為加快應力,來(lái)進(jìn)行LED加快壽數實(shí)驗。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,則結溫也會(huì )隨之升高,然后致使LED提早失效。
? ? Hsu等人對不一樣廠(chǎng)商所供給的LED樣品進(jìn)行加快壽數實(shí)驗,該實(shí)驗將LED樣品別離置于80、100、120℃下,運用3.2V電壓驅動(dòng),而且規定當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)驗結果標明:高功率LED的壽數跟著(zhù)加快壽數實(shí)驗溫度的升高以及加快時(shí)刻的添加而減小。在加快壽數實(shí)驗中,LED結溫升高會(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,結尾致使封裝失效。
(4) 電過(guò)應力失效
LED若在過(guò)電流的情況下運用(EOS)或許靜電沖擊損傷(ESD)了芯片,都會(huì )構成芯片開(kāi)路,構成電過(guò)應力失效。例如,GaN是寬禁帶資料.電阻率較高。若是運用該類(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),當其累積到適當的程度時(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)習運用壽數的技能辦法。
(1) 散熱技能
散熱技能一直是影響LED運用的重要環(huán)節,若是LED器材不可以及時(shí)散熱,就會(huì )致使芯片的結溫嚴峻升高,繼而發(fā)光功率急劇下降,牢靠性(如壽數、色移等) 將變壞;于此一起,高溫高熱將使LED封裝布局內部發(fā)作機械應力,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,在運用中存在的一個(gè)很大疑問(wèn)即是靜電效應,若是不處理好這一疑問(wèn),就會(huì )嚴峻影響到器材的壽數。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,在運用中則表現為本來(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,咱們要嚴格操控固化的溫度,避免在進(jìn)行封裝的時(shí)分,就現已構成了環(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 )構成器材的鍵合強度缺乏,使得器材簡(jiǎn)單脫松。因而,在確保器材鍵合強度的一起,需求盡量下降鍵合技能對芯片構成的損傷,以到達優(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)刻在適宜的規模之內,使得焊料到達細密,無(wú)空泛,剩余應力小等技能需求。
(5) 合理挑選
在LED出廠(chǎng)前,可以添加一道挑選技能,即是對其間的一些樣品進(jìn)行合理的老化和挑選實(shí)驗,除掉一些可以發(fā)作提早失效的器材,以下降LED在實(shí)習運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,可是在實(shí)習運用進(jìn)程中,受芯片、封裝、應力等要素的影響,運用時(shí)刻遠遠不能到達所預期的理論值。為了的確進(jìn)步 LED的壽數,無(wú)論是在制作技能上,仍是在運用層面上,都需求更進(jìn)一步的研討、探究和實(shí)習。跟著(zhù)LED技能的不斷發(fā)展,一定還會(huì )有新的疑問(wèn)不斷顯現??墒侵恍杩梢园盐誏ED失效的根本緣由,就能在實(shí)習中的確改進(jìn) LED器材的功能,將這種新式光源推行到運用范疇的前端,非常好地服務(wù)于出產(chǎn)和日子。
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