高亮度LED的可靠性试验以及失效模态

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高亮度LED的可靠性试验以及失效模态LED模组和灯具的典型失效模式包含了不同层次的失效模式,涉及到LED封装结构以及工艺过 程(如表1)。LED在实际使用中,由于复杂的环境以及封装工艺局限性从而使封装材料退化、 荧光粉退化、金属电迁移、局部温度过高产生的热应力所引起的芯片和硅胶的分层或金线断裂 等等,从而影响LED发光甚至导致整个LED的失效。而B. LED产生的高温会导致芯片的发光 效率降低,光衰加快、色移等严重后果。LED模组和灯具的典型失效模式包含了不同层次的失效模式,涉及到LED封装结 构以及工艺过程(如表1 )o LED在实际使用中,由于复杂的环境以及封装工艺局 限性从而使封装材料退化、荧光粉退化、金属电迁移、局部温度过高产生的热应力 所引起的芯片和硅胶的分层或金线断裂等等 从而影响LED发光甚至导致整个LED 的失效。而且LED产生的高温会导致芯片的发光效率降低,光衰加快、色移等严重 后果。表1 LED照明系统中的典型失效模态等级失效模式芯片LED芯片失效光衰封装 封装光型变化静电击穿 胶材黄化照明系统光型变化 驱动失效 静电击穿 湿气侵入由于LED寿命长,通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与评估。加速 度测试将会模仿灯具的应用条件或用户要求这样可以更有效地研究各种破坏机理, 提供大量数据去研究LED的结构、材料、工艺从而更好完善LED产品。一些典型 的加速可靠性试验(如表2)o表2应用于LED照明系统的典型加速可靠性实验测试项目条件冷热循环-40°C-125°C200 循环言彳曰 冋znn吉g 冋 /ilk85°C/85% , 1000 小时关机测试1小时开/1小时关震动随机振动测试然而,加速老化试验只是研究问题的一个方面,对LED寿命的预测机理和方法 的研究仍是有待研究的难题。现在的LED技术面临着巨大的挑战和机遇。企业的目 标主要是保证产品长期的可靠性,例如,根据产品不同,LED应用的范围寿命从 7000小时到50000-100000小时不等。这对于一个电子企业是有相当挑战性的, 因为他们的电子产品现在只有2?3年寿命。对于50000-100000小时的SSL系统 (包括电源驱动),有必要进行可靠性设计,以符合产品的高要求。目前,如何通过加速老化试验准确地预测LED产品的可靠性还是相当有挑战性 的。对于LED产品的长期可靠性,应当关注如何建立用加速试验来反映产品中岀现 的问题。对于了解和预测宏观系统的可靠性,可测性非常具有挑战性,主要是因为 可靠性是一个多学科的问题,并且涉及到材料、设计、制造工艺、试验和应用条件。 因此,有必要开发LED灯和灯具的加速试验以及户外照明灯具性能测试实验,从而 可以有效地研究关于LED的各种破坏机理。据悉,飞利浦公司目前致力于研究可靠性测试标准,从而深入了解LED以及电 源驱动的失效机理。有理由相信,在不远的将来将会有快速的、可靠的、适合于长 寿命的LED照明系统的可靠性测试实验及标准。(未完,全文请查看《半导体照明》 杂志2010年总第9期 编辑:maysoong )LED机械应力失效分析1、失效模式:产品中相同结构手插件LED的失效位号随机分布,失效比例高的LED集中在近离PCB板面的LED o LED的结构参考figure 1。2、失效机理:组装时的机械应力导致LED引脚移位,使外引脚和内金线脱离而开路。?产品组装时因前面板和机壳咬合不顺畅,装配后前面板与机壳间存在缝隙,操作员将使 用锤子敲击前面板。锤子误敲击在LED本体上时,LED本体将向后移(LED已经焊接在PCB 上,两引脚固定),两引脚同时承受弯曲应力;Figure 1: LED 结构 Figure 2: LED 分布心在下面位置的LED引脚暴緩较短,LED后移时承受比上面位置LED更大的弯曲应力, 当该力大于LED塑封体对引脚的阻力时,引脚发生位移并破坏LED塑料本体发生失效。?器件过波峰时无模具固定LED位置,LED易偏移,在组装时需对器件位置矫正,当矫 正距离和力够大时也会造成LED承受机械应力。?在上面位置的LED由于引脚长,并引脚弯曲位置离LED本体相对远,引脚变形允许范 围和应力传递距离比在下面位置的LED大,所以失效率远低于下面位置的LED o3、分析步骤:Step 1:外观检测和X-RAY检测?器件内部金线在钎焊端与引脚(正极)开路,引脚存在位移(figure 5、7、9 ); 金线断口成尖形,为金属机械拉尖(figure 6、8、10 );?在#3样品外观可观察到引脚错位(figure 13 )和塑封外壳破损(figure 12 )。结合1、2说明引脚承受了向外的拉伸机械应力;发生位移量大的引脚均是与金线钎焊的引脚(正极),因为该引脚线性度较大,LED塑封 对引脚的阻力小。?#3样品负极引脚外露部分平行位错;说明焊接后LED本体曾向前移动。(山于LED塑 封体对负极引脚的阻力饺大,因此当向前推时负极整体引脚不易移动,而只能是局部区域发牛 位错)。 Figure 11:#3样品垦封破损图Figure 12: #3样品星封破损放大图卩Figure 13: #3样品负极引脚平行位错图Figure 14:样品引脚定义心Step 2:开封观察?结合X-RAY侧视图和器件引脚图知下面位置LED引脚弯曲位置距离LED塑封体距离 比上面位置的LED短(应力释放距离。ú慰糵igure 15、16、17 );?从侧面观察失效器件引脚位置(#3样品),器件引脚的弯曲位置在塑料外壳的拐角处(figure 17 );说明器件失效时引脚为弯曲变形;?#1 LED塑封破裂,正、负极引脚塑封体均存在裂纹,说明两引脚均承受机械应力:?塑封体的裂纹发生在引脚弯曲同边,说明器件引脚承受弯曲机械应力导致;?裂纹两边切口非圆边以及裂纹口存在大的位错,说明裂纹是由于机械应力导致而非热应力。综上所述:器件失效发生在正负极两引脚同时弯曲时。而止负极两引脚同时弯曲发牛-在两 个位置:a、LED组装在黑色塑料外壳后的引脚成型时(供应商);b、LED组装在PCB 上后,LED发牛整体位移时(天通精电);Figure 15;下面位§ LED引脚 Figur
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亮度 LED 可靠性 试验 以及 失效
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