高亮度LED的可靠性试验以及失效模态.doc

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。 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 断线，脱焊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）。 　　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℃~125℃200循环 高温高湿 85℃/85%，1000小时 关机测试 1小时开/1小时关 震动测试 随机振动 　　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出现的问题。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） 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 。 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； 　　在下面位置的 LED 引脚暴露较短， 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 。　　3 、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