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LED主要失效模式分析及其改善

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   LED是一种直接将电能转换为可见光和辐射能的发光器材,具有耗电量小、发光功率高、体积小等长处,当前现已逐步成为了一种新式高效节能商品,而且被广泛运用于显现、照明、背光等许多范畴。这些年,跟着LED技能的不断进步,其发光功率也有了显着的晋升,现有的蓝光 LED体系功率可以到达60%;而白光LED的光效现已超越150lm/W,这些特色都使得LED遭到越来越多的重视。

  当前,虽然LED的理论寿数可以到达50kh,然而在实习运用中,由于遭到种种要素的制约,LED往往达不到这么高的理论寿数,呈现了过早失效表象,这大大阻止了LED作为新式节能型商品的行进脚步。为了处理这一疑问,许多专家现已展开了关联研讨,而且得到了一些重要的定论。这篇文章即是在此基础上,对构成 LED失效的重要要素进行体系性的剖析,而且提出一些改进办法,以希望可以完善LED的实习运用寿数。

  一、LED失效形式

  LED失效形式首要有:芯片失效、封装失效、热过应力失效、电过应力失效以及安装失效,其间尤以芯片失效和封装失效最为常见。这篇文章迁就这几种首要失效形式,进行具体的剖析。

  (1) 芯片失效

  芯片失效是指芯片自身失效或其它缘由构成芯片失效。构成这种失效的缘由往往有许多种:芯片裂纹是由于键合技能条件不适宜,构成较大的应力,跟着热量堆集所发作的热机械应力也随之加强,致使芯片发作微裂纹,作业时写入的电流会进一步加重微裂纹使之不断扩大,直至器材彻底失效。其次,若是芯片有源区正本就有损伤,那么会致使在加电进程中逐步退化直至失效,一样也会构成灯具在运用进程中光衰严峻直至不亮。再者,若芯片粘结技能不良,在运用进程中会致使芯片粘结层彻底脱离粘结面而使得样品发作开路失效,一样也会构成LED在运用进程中发作“死灯”表象。致使芯片粘结技能不良的缘由,可以是由于运用的银浆过期或许露出时刻过长、银浆运用量过少、固化时刻过长、固晶基面被污染等。

  (2) 封装失效

  封装失效是指封装描绘或出产技能不妥致使器材失效。封装所用的环氧树脂资料,在运用进程中会发作劣化疑问,致使LED的寿数下降。这种劣化疑问包含:光透过率、折射率、膨胀系数、硬度、透水性、透气性、填料功能等,其间尤以光透过率最为重要。有研讨标明光的波长越短,光透过率的劣化越严峻,可是关于绿光以上波长(即大于560nm)来说,这种影响并不严峻。Lumileds2003年曾发布过功率LED白光器材和φ5白光器材的寿数实验曲线,19kh后,用硅树脂封装的功率器材,光通量仍可保持初始的80%,而用环氧树脂封装的对比曲线则标明在6kh后,光通量保持率仅为50%。实验标明,在芯片发光功率一样的情况下,接近芯片的环氧树脂显着成为黄色、继而成为褐色。这种显着的退化进程,首要即是由于光照以及温升致使的环氧树脂光透过率的劣化所构成的。与此一起,在由蓝光激起黄色荧光粉宣布白光的LED中,封装透镜的褐变会影响其反射性,而且使得宣布的蓝光缺乏以激起黄色荧光粉,然后使得光效和光谱散布发作改动。

  关于封装而言,还有一个影响LED寿数的重要要素即是腐蚀。在LED运用中,通常致使腐蚀的首要缘由是水汽渗入了封装资料内部,致使引线蜕变、PCB铜线锈蚀;有时,随水汽引进的可动导电离子会驻留在芯片外表,然后构成漏电。此外,封装质量欠好的器材,在其封装体内部会有很多的残留气泡,这些残留的气泡一样也会构成器材的腐蚀。

  (3) 热过应力失效

  温度一直是影响LED光学性质的重要要素,而在研讨LED失效形式的时分,国内外专家考虑到将作业环境温度作为加快应力,来进行LED加快寿数实验。这是由于在LED体系热阻不变的前提下,封装引脚焊接点的温度升高,则结温也会随之升高,然后致使LED提早失效。
    Hsu等人对不一样厂商所供给的LED样品进行加快寿数实验,该实验将LED样品别离置于80、100、120℃下,运用3.2V电压驱动,而且规定当样品的光功率下降到起始值的50%时,即判定为失效。图1实验结果标明:高功率LED的寿数跟着加快寿数实验温度的升高以及加快时刻的添加而减小。在加快寿数实验中,LED结温升高会使得环氧树脂资料发作异变,然后添加了体系的热阻,使得芯片与封装之间的受热外表发作退化,结尾致使封装失效。

(4) 电过应力失效

  LED若在过电流的情况下运用(EOS)或许静电冲击损伤(ESD)了芯片,都会构成芯片开路,构成电过应力失效。例如,GaN是宽禁带资料.电阻率较高。若是运用该类芯片,在出产进程中因静电发作的感生电荷不易不见,当其累积到适当的程度时,可以发作很高的静电电压,这一电压一旦超越资料的承受能力,就会发作击穿表象并放电,使得器材失效。

  二、改进办法

  经过对以上所介绍的LED首要失效形式的剖析,可以从中得悉改进LED在实习运用寿数的技能办法。

  (1) 散热技能

  散热技能一直是影响LED运用的重要环节,若是LED器材不可以及时散热,就会致使芯片的结温严峻升高,继而发光功率急剧下降,牢靠性(如寿数、色移等) 将变坏;于此一起,高温高热将使LED封装布局内部发作机械应力,可以进一步引发一系列的牢靠性疑问[5]。因而,在制作技能上,可以挑选导热性好的底座,而且使得LED的散热面积尽可以的大,然后添加器材的散热功能。

  (2) 防静电技能

  以GaN作为芯片的LED,在运用中存在的一个很大疑问即是静电效应,若是不处理好这一疑问,就会严峻影响到器材的寿数。因而,在LED描绘时,要充沛考虑到防静电的描绘,以避免器材由于高静电电压构成击穿等失效表象。

  (3) 封装技能

  封装所用的环氧树脂资料,会由于光照以及温升而致使其光透过率的劣化,在运用中则表现为本来通明的环氧树脂资料发作褐变,影响器材本来的光谱功率散布。因而,在进行LED封装的时分,咱们要严格操控固化的温度,避免在进行封装的时分,就现已构成了环氧树脂的提早老化。

  另一方面,为了避免器材发作腐蚀表象,在挑选通明性好的封装资料的一起,要注意注塑进程中,尽量排洁净资料内部的气泡,以减小水气的残留量,下降器材发作腐蚀的几率。

  (4) 优化制作技能

  LED制作进程中需求适宜的键合条件,若键合过大将会压伤芯片,反之则会构成器材的键合强度缺乏,使得器材简单脱松。因而,在确保器材键合强度的一起,需求尽量下降键合技能对芯片构成的损伤,以到达优化键合技能的意图。

  在进行芯片的粘接时,需求操控温度和时刻在适宜的规模之内,使得焊料到达细密,无空泛,剩余应力小等技能需求。

  (5) 合理挑选

  在LED出厂前,可以添加一道挑选技能,即是对其间的一些样品进行合理的老化和挑选实验,除掉一些可以发作提早失效的器材,以下降LED在实习运用中的提早失效表象。

  定论

  综上所述,虽然LED具有很高的理论寿数,可是在实习运用进程中,受芯片、封装、应力等要素的影响,运用时刻远远不能到达所预期的理论值。为了的确进步 LED的寿数,无论是在制作技能上,仍是在运用层面上,都需求更进一步的研讨、探究和实习。跟着LED技能的不断发展,一定还会有新的疑问不断显现。可是只需可以把握LED失效的根本缘由,就能在实习中的确改进 LED器材的功能,将这种新式光源推行到运用范畴的前端,非常好地服务于出产和日子。

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