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LED死灯原因分析、罗列

       以失效分析大数据显示,LED死灯的原因可能过百种,限于时间,今天我们仅以LED光源为例,从LED光源的五大原物料(芯片、支架、荧光粉、固晶胶、封装胶和金线)的入手,介绍部分可能导致死灯的原因。


今天我们就LED死灯为例,来分析有多少种原因:

以失效分析大数据显示,LED死灯的原因可能过百种,限于时间,今天我们仅以LED光源为例,从LED光源的五大原物料(芯片、支架、荧光粉、固晶胶、封装胶和金线)的入手,介绍部分可能导致死灯的原因。


芯片

01、芯片抗静电能力差

LED灯珠的抗静电指标高低取决于LED发光芯片本身,与封装材料预计封装工艺基本无关,或者说影响因素很小,很细微;LED灯更容易遭受静电损伤,这与两个引脚间距有关系,LED芯片裸晶的两个电极间距非常小,一般是一百微米以内吧,而LED引脚则是两毫米左右,当静电电荷要转移时,间距越大,越容易形成大的电位差,也就是高的电压。所以,封成LED灯后往往更容易出现静电损伤事故。


02、芯片外延缺陷

LED外延片在高温长晶过程中,衬底、MOCVD反应腔内残留的沉积物、外围气体和Mo源都会引入杂质,这些杂质会渗入磊晶层,阻止氮化镓晶体成核,形成各种各样的外延缺陷,最终在外延层表面形成微小坑洞,这些也会严重影响外延片薄膜材料的晶体质量和性能。


03、芯片化学物残余

电极加工是制作LED芯片的关键工序,包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨,会接触到很多化学清洗剂,如果芯片清洗不够干净,会使有害化学物残余。这些有害化学物会在LED通电时,与电极发生电化学反应,导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。因此,鉴定芯片化学物残留对LED封装厂来说至关重要。


04、芯片的受损

LED芯片的受损会直接导致LED失效,因此提高LED芯片的可靠性至关重要。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片,因此会产生夹痕。黄光作业若显影不完全及光罩有破洞会使发光区有残余多出的金属。晶粒在前段制程中,各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等,因此会有晶粒电极刮伤的情况发生。


芯片电极对焊点的影响:芯片电极本身蒸镀不牢靠,导致焊线后电极脱落或损伤;芯片电极本身可焊性差,会导致焊球虚焊;芯片存储不当会导致电极表面氧化,表面玷污等等,键合表面的轻微污染都可能影响两者间的金属原子扩散,造成失效或虚焊。


05、新结构工艺的芯片与光源物料的不兼容

新结构的LED芯片电极中有一层铝,其作用为在电极中形成一层反射镜以提高芯片出光效率,其次可在一定程度上减少蒸镀电极时黄金的使用量从而降低成本。但铝是一种比较活泼的金属,一旦封装厂来料管控不严,使用含氯超标的胶水,金电极中的铝反射层就会与胶水中的氯发生反应,从而发生腐蚀现象。


LED支架

06、镀银层过薄

市场上现有的LED光源选择铜作为引线框架的基体材料。为防止铜发生氧化,一般支架表面都要电镀上一层银。如果镀银层过薄,在高温条件下,支架易黄变。镀银层的发黄不是镀银层本身引起的,而是受银层下的铜层影响。在高温下,铜原子会扩散、渗透到银层表面,使得银层发黄。铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态,导热和散热性能都会大大的下降。所以镀银层的厚度至关重要。同时,铜和银都易受空气中各种挥发性的硫化物和卤化物等污染物的腐蚀,使其表面发暗变色。有研究表明,变色使其表面电阻增加约20~80%,电能损耗增大,从而使LED的稳定性、可靠性大为降低,甚至导致严重事故。


07、镀银层硫化

LED光源怕硫,这是因为含硫的气体会通过其多孔性结构的硅胶或支架缝隙,与光源镀银层发生硫化反应。LED光源出现硫化反应后,产品功能区会黑化,光通量会逐渐下降,色温出现明显漂移;硫化后的硫化银随温度升高导电率增加,在使用过程中,极易出现漏电现象;更严重的状况是银层完全被腐蚀,铜层暴露。由于金线二焊点附着在银层表面,当支架功能区银层被完全硫化腐蚀后,金球出现脱落,从而出现死灯。


08、镀银层氧化

金鉴检测在接触的LED发黑初步诊断的业务中发现硫/氯/溴元素越难越难找了,然而LED光源镀银层发黑迹象明显,这可能与银氧化有关。但EDS能谱分析等纯元素分析检测手段都不易判定氧化,因为存在于空气环境、样品表面吸附以及封装胶等有机物中的氧元素都会干扰检测结果的判定,因此判定氧化发黑的结论需要使用SEM、EDS、显微红外光谱、XPS等专业检测以及光、电、化学、环境老化等一系列可靠性对比实验,结合专业的检测知识及电镀知识进行综合分析。


09、电镀质量不佳

镀层质量的优劣主要决定于金属沉积层的结晶组织,一般来说,结晶组织愈细小,镀层也愈致密、平滑、防护性能也愈高。这种结晶细小的镀层称为“微晶沉积层”。金鉴指出,好的电镀层应该镀层结晶细致、平滑、均匀、连续,不允许有污染物、化学物残留、斑点、黑点、烧焦、粗糙、针孔、麻点、裂纹、分层、起泡、起皮起皱、镀层剥落、发黄、晶状镀层、局部无镀层等缺陷。


在电镀生产实践中,金属镀层的厚度及镀层的均匀性和完整性是检查镀层质量的重要指标之一,因为镀层的防护性能、孔隙率等都与镀层厚度有直接关系。特变是阴极镀层,随着厚度的增加,镀层的防护性能也随之提高。如果镀层的厚度不均匀,往往其最薄的地方首先被破坏,其余部位镀层再厚也会失去保护作用。


镀层的孔隙率较多,氧气等腐蚀性的气体会通过孔隙进入腐蚀铜基体。

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