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LED发光失效分析要点

2016-11-17 来源:[db:来源] 浏览:
1. 案例背景
  样品为三色(红色/绿色/蓝色)LED模组,在通电测试过程中发现红光全亮,绿光全亮,但蓝光部分区域不亮



2.分析方法简述


  对NG灯珠和OK灯珠进行透视检查,检查的重点为焊点和LED灯珠内部绑定点。通过X-ray透视检查可知,失效区域的灯珠和正常区域的灯珠未见明显差别,均未出现异常。LED引脚焊接良好,焊点内部未见较大气泡;灯珠内部绑定点完整,引线形状规则,未见引线断裂等异常现象。



      

图2.LED灯珠X射线透视照片

    样品正常区域和失效区域开封后观察,绑定点完整,金引线形状规则,未见断裂、绑定点脱落等异常;芯片完好,未见明显裂纹,芯片上存在的异物经成分分析判定为 开封过程中的残留物。失效区域的灯珠与正常区域的灯珠未见明显差别,结构一致,开封后的现象相同,未找到明显失效现象。





图3.LED开封后SEM照片


  对样品失效区域灯珠剖面观察,LED灯珠内部绑定点界面良好,未发现焊点脱落等异常;绑定点各部分成分正常,灯珠与PCB板的连接良好,未发现裂纹、虚焊、气泡等焊接问题。






图4. 失效区域绑定点SEM图片

3.失效模式分析
  LED失效模式主要有:晶片失效、封装失效、热应力失效、机械应力失效、电过应力失效及键合失效。

1)晶片失效:

  晶 片失效是指晶片本身失效或其它原因造成晶片失效。造成这种失效的原因往往有很多种:晶片裂纹是由于键合工艺条件不合适,造成较大的应力,随着热量积累所产 生的热机械应力也随之加强,导致晶片产生微裂纹,工作时注入的电流会进一步加剧微裂纹使之不断扩大,直至完全失效。其次,如果芯片有源区本来就有损伤,那 么会导致在加电过程中逐渐退化直至失效,同样也会造成灯具在使用过程中光衰严重直至不亮。再者,若晶片粘结工艺不良,在使用过程中会导致晶片粘结层完全脱 离粘结面而使得样品发生开路失效,同样也会造成LED在使用过程中发生“死灯”现象。导致晶片粘结工艺不良的原因,可能是由于使用的银浆(绝缘胶)过期或 者暴露时间过长、银浆(绝缘胶)使用量过少、固化时间过长、固晶基面被污染等。

2)封装失效:

  封 装失效是指封装设计或生产工艺不当导致器件失效。封装所用的环氧树脂材料,在使用过程中会发生劣化问题,致使LED的寿命降低。这种劣化问题包括:光透过 率、折射率、膨胀系数、硬度、透水性、透气性、填料性能等,其中尤以光透过率最为重要。对于封装而言,还有一个影响LED寿命的重要因素就是腐蚀。在 LED使用中,一般引起腐蚀的主要原因是水汽渗入了封装材料内部,导致引线变质、PCB铜线锈蚀;有时,随水汽引入的可动导电离子会驻留在芯片表面,从而 造成漏电。此外,封装质量不好的器件,在其封装体内部会有大量的残留气泡,这些残留的气泡同样也会造成器件的腐蚀。

3)热过应力失效:

  高功率LED结温升高会使得环氧树脂材料发生异变,从而增加了系统的热阻,使得晶片与封装之间的受热表面发生退化,最终导致封装失效。

4)电过应力:

  LED 若受到过电流(EOS)或者静电冲击(ESD),都会造成晶片开路,形成电过应力失效。例如,GaN是宽禁带材料,电阻率较高。如果使用该类晶片,在生产 过程中因静电产生的感生电荷不易消失,当其累积到相当的程度时,可以产生很高的静电电压,这一电压一旦超过材料的承受能力,就会发生击穿现象并放电,使得 器件失效。

5)键合失效:

  LED制造过程中键合条件不当,若键合力过大将会压伤晶片,反之则会造成器件的键合强度不足,使得器件容易脱松,或完全未形成良好的键合界面。

6)机械应力失效:

  LED在SMT工艺流转、测试或运输中,外部的夹具、模具或其它硬质的材料撞击LED灯封装体,导致其内部结构瞬间移位拉断内部绑定线。这类失效发现在较软封装体的几率较大。



4. 分析与讨论
  X射线透视可发现,LED灯珠内部有三个芯片,分别发红光、绿光和蓝光,内部引线键合较为复杂,在芯片与引线框架连接的第二焊点处再次进行键合,目的为增 加第二焊点的可靠性(第二焊点焊接强度薄弱,易产生失效)。经X射线检查可知,LED灯珠内部的金线完好,未发现断裂、焊点脱落等异常;引脚焊点焊接良 好,焊点内部未见较大气泡和裂纹。

  用化学方法腐蚀掉LED灯珠表面的封装胶体,利用体式显微镜和电子显微镜观察其内部结构,失效区域和正常区域的绑定点键合效果良好,金线未出现断裂等异 常;芯片完整,未观察到裂纹、破碎等失效现象。对LED灯珠剖面观察,失效区域灯珠内部引线键合界面良好,未发现裂纹、焊点脱落等异常;引脚焊点良好,未 见裂纹和较大气泡的存在。

  由以上分析可知,样品失效模式不符合任何一种典型的失效模式,LED灯珠质量良好,未发现任何可能存在的失效点,所以初步推断LED灯珠未失效,失效是由于其他原因造成的(例如PCB板和控制芯片等)。

5.结论:
  导致样品失效区域LED蓝光不亮的原因不在于LED灯珠本身出现失效,而在于PCB板或者控制电路发生故障。

6.建议:
1)  根据控制电路图和PCB板电路图,对产品电学性能进行逐一排查,查找失效点,然后进行模拟验证。

2)  加强产品质量检查,即时剔除次品。

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