常見(jiàn)LED死燈原因分析

目前，LED技術(shù)日益走向成熟，其面世以來(lái)宣揚的壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)一直是大眾關(guān)注的重點(diǎn)之一。但是從近些年看來(lái)，在LED生產(chǎn)和應用當中，我們還是碰到不少“死燈”現象。所謂死燈，又稱(chēng)為滅燈，就是LED光源不亮。不管是生產(chǎn)還是應用當中產(chǎn)生的死燈，都是生產(chǎn)廠(chǎng)商十分頭疼的難題，既要面對產(chǎn)品不良帶來(lái)的損失，也影響了消費者對LED產(chǎn)品的信心。因此，對一些常見(jiàn)的LED死燈原因進(jìn)行研究分析，有助于我們減少和預防LED產(chǎn)品失效現象重復發(fā)生，保障產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品競爭力，同時(shí)也為企業(yè)技術(shù)改善和提升提供參考，從而為企業(yè)創(chuàng )造更大的經(jīng)濟效益。

總結下來(lái)，常見(jiàn)的LED死燈原因主要有以下幾種情況：

1. 焊線(xiàn)斷裂

對于“死燈”，首先我們應確定LED是短路還是開(kāi)路，如果是開(kāi)路，我們一般會(huì )考慮LED燈內部的焊線(xiàn)是否斷開(kāi)。LED燈內部的焊線(xiàn)斷開(kāi)，導致LED沒(méi)有供電電壓，這是LED死燈的常見(jiàn)原因之一。焊線(xiàn)常見(jiàn)的斷開(kāi)位置有5個(gè)地方，如圖1所示A、B、C、D、E點(diǎn)：

圖1 焊線(xiàn)斷開(kāi)位置圖示

A點(diǎn)：芯片電極與金球結合處;

B點(diǎn)：金球與金線(xiàn)結合處即球頸處;

C點(diǎn)：焊線(xiàn)線(xiàn)弧所在范圍;

D點(diǎn)：支架二焊點(diǎn)與金線(xiàn)結合處;

E點(diǎn)：支架二焊點(diǎn)與支架鍍層結合處。

利用光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡(SEM)對樣品進(jìn)行截面剖析或溶膠后可以檢查焊線(xiàn)斷裂的位置，有助于進(jìn)一步的原因分析。以下為大家提供的案例，焊線(xiàn)斷裂的位置以及斷裂的原因都不相同。

1.1　案例1

失效燈珠型號為5730。燈珠是經(jīng)過(guò)100循環(huán)冷熱沖擊試驗后出現死燈的。對失效樣品進(jìn)行截面剖析后，發(fā)現失效樣品第一焊點(diǎn)和第二焊點(diǎn)位置周?chē)墓枘z有爆裂，第二焊點(diǎn)D點(diǎn)已經(jīng)斷開(kāi)，如圖2～圖4所示。

圖2 失效樣品截面形貌

由于硅膠和金線(xiàn)的熱膨脹系數差異較大，在經(jīng)過(guò)100循環(huán)冷熱沖擊試驗后，硅膠與金線(xiàn)在不斷地膨脹又收縮，而金線(xiàn)焊點(diǎn)折彎處就是應力集中點(diǎn)，故最容易造成焊點(diǎn)周?chē)墓枘z爆裂，硅膠的開(kāi)裂則導致焊線(xiàn)第二焊點(diǎn)最弱處D點(diǎn)斷開(kāi)，最終樣品出現死燈。

1.2　案例2

失效燈珠型號為仿流明燈珠批燈珠在燈具上使用一段時(shí)間后出現死燈，點(diǎn)亮時(shí)燈具上每顆燈珠分配的電流大概為500 mA。首先，我們對其中一些失效樣品進(jìn)行溶膠后檢查發(fā)現，所有失效的燈珠都是4個(gè)第一焊點(diǎn)斷裂，而4個(gè)第二焊點(diǎn)都保持完好，如圖5～圖8所示。然后，我們又對失效樣品進(jìn)行截面分析，發(fā)現芯片正上方的硅膠出現爆裂，如圖9和圖10所示，其他區域的硅膠完好。

由于出現斷裂的4個(gè)第一焊點(diǎn)都是集中在芯片上方，保持完好的4個(gè)第二焊點(diǎn)是在支架上。說(shuō)明很可能是芯片上方的硅膠爆裂造成4個(gè)第一焊點(diǎn)的斷開(kāi)，而且硅膠爆裂的位置主要集中在芯片，也即是熱源的正上方。另外，燈珠點(diǎn)亮時(shí)電流較大(500 mA)，可推測是芯片過(guò)熱造成芯片上方的硅膠爆裂。仔細檢查燈珠散熱路徑，發(fā)現燈珠芯片過(guò)熱很可能與燈珠底部熱沉采用導熱硅脂與PCB板貼合有關(guān)，對于這種大功率的燈珠導熱硅脂散熱效果不夠好。

2. 固晶層剝離

對于一些采用垂直芯片的LED燈珠來(lái)說(shuō)，固晶層底部與支架鍍層剝離是比較常見(jiàn)的死燈原因。

2.1　案例

失效樣品為直插式的LED燈珠，使用過(guò)程中出現死燈，不良率為1.5%。我們對失效樣品進(jìn)行截面檢查后發(fā)現，金線(xiàn)焊點(diǎn)均保持完好，如圖11～圖13所示。但發(fā)現固晶層與支架鍍層完全剝離，而且封裝膠與支架杯壁也出現剝離，如圖14所示。

由以上觀(guān)察到的現象可以判定，造成燈珠死燈的原因是封裝膠水與支架界面間出現剝離現象，剝離程度和區域隨著(zhù)使用過(guò)程加劇而擴展，進(jìn)一步造成固晶膠與支架剝離，最終導致樣品出現死燈。也可能是封裝膠水粘接性不良造成封裝膠水與支架界面間出現分層。

3. 焊點(diǎn)燒毀

有些情況下，燈珠死燈不一定是燈珠本身的問(wèn)題，也有可能是使用的電源供電引起的。

3.1　案例

失效樣品是是仿流明LED燈珠，該LED燈珠使用一段時(shí)間后出現死燈。對多個(gè)失效燈珠溶膠后進(jìn)行檢查，均發(fā)現失效燈珠芯片2個(gè)P電極金線(xiàn)焊點(diǎn)和附近的電極圖形線(xiàn)路已經(jīng)燒毀，2個(gè)N電極金線(xiàn)焊點(diǎn)、電極圖形線(xiàn)路和支架上的4個(gè)第二焊點(diǎn)均保持完好，未發(fā)現有燒毀或斷裂的情況，如下圖15和圖16所示。

很明顯，芯片P電極燒毀是造成燈珠死燈的直接原因。那么，是什么原因導致芯片P電極燒毀的呢?接下來(lái)，我們做了如下分析。

我們隨機選取了幾顆能夠正常點(diǎn)亮的燈珠樣品進(jìn)行模擬高電壓沖擊實(shí)驗，對每顆燈珠單獨施加20 V瞬間高電壓。實(shí)驗結果顯示，高電壓沖擊后燈珠瞬間出現死燈，溶膠后檢查發(fā)現也是芯片上的P電極線(xiàn)路燒毀導致開(kāi)路死燈，如圖17和圖18所示。

通過(guò)上述的檢查和驗證試驗，可以推斷造成客戶(hù)這批燈珠死燈的根本原因是燈珠使用過(guò)程中突波電流過(guò)大，因芯片P區的電阻值較N區高，當電流集中通過(guò)P電極，P電極最先燒毀并導致開(kāi)路死燈。燈珠使用過(guò)程中出現突波電流(或電壓)過(guò)大，很可能與燈具驅動(dòng)電源在啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)的突波電流有關(guān)，也有可能是芯片P電極打線(xiàn)有瑕疵，導致P電極焊點(diǎn)出現瞬間接觸不良情況，當有多顆LED串聯(lián)時(shí)會(huì )累積高壓在接觸不良接點(diǎn)上引起瞬間高電流造成燈珠焊線(xiàn)燒毀及封膠燒黑。

4. 芯片受腐蝕

前面的死燈案例都是呈開(kāi)路現象，下面為大家舉個(gè)短路死燈現象的案例。

4.1　案例

失效樣品為仿流明燈珠，燈珠老化過(guò)程中發(fā)現這些燈珠出現死燈、暗光等不良情況。對不良品進(jìn)行溶膠后，檢查發(fā)現芯片電極較多區域出現受腐蝕和電極剝落的情況，如圖21和圖22所示。

利用X射線(xiàn)能譜儀(EDS)對芯片受腐蝕區域進(jìn)行元素分析，檢測發(fā)現芯片電極受腐蝕區域含有較多的Na、Cl和K元素，如圖23和圖24所示。

根據元素的化學(xué)組成，推測芯片可能受到NaCl和KCl污染。當熱與水汽共存時(shí)會(huì )腐蝕芯片電極，造成芯片電極金屬腐蝕及電極線(xiàn)路粘接力下降，甚至導致局部區域脫落。而電極溶解物的遷移會(huì )使芯片P、N電極短路導致芯片死燈。

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