LED灯珠变色分析之都是支架惹的祸

OFweek分享：LED灯具损坏的常见原因及解决方案将高功率白光LED作为新型绿色照明时，将拥有诸如光转换效率高、功耗低，寿命长，无需维护等优点，因而逐渐被应用于各种照明领域。

LED的长使用寿命是基于其安全的工作环境。

对于LED照明来讲，主要有两种威胁影响其寿命；一种是过电冲击，此处的过电冲击就是LED上施加的电流超过该LED技术数据手册中的最大额定电流，包括过压引起的过电流冲击；另一种则是过热损伤。

这些损坏可以表现为组件的立即失效，也可能发生在过电冲击事件后许久才失效，缩短LED工作寿命。

LED灯具损坏的原因LED灯具失效一是来源于电源和驱动的失效，二是来源于LED组件本身的失效。

通常LED电源和驱动的损坏来自于输入电源的过电冲击(EOS)以及负载端的断路故障。

输入电源的过电冲击往往会造成驱动电路中驱动芯片的损坏以及如电容等被动组件发生击穿损坏；而负载端的短路故障则可能引起驱动电路的过电流驱动，驱动电路可能发生短路损坏或有短路故障导致的过热损坏。

LED组件本身失效的情况瞬态过电流事件瞬态过电流事件，是指流过LED的电流超过该LED技术数据手册中的最大额定电流，这可能是由于大电流的直接产生，也可能是因高电压间接产生，如瞬态雷击，开关电源的瞬态开关噪声，电网波动等过压事件引起的过流。

这些事件都是瞬态的，持续时间极短，通常我们将其称为尖峰，如“电流尖峰”，“电压尖峰”。

造成瞬态过流事件的情况还包括，LED接通电源或是带电插拔时的瞬态过电流。

对于在汽车中的LED照明，ISO7637-2的瞬态抛负载突波冲击，则是其正常工作的一个重要威胁。

LED遭受过电冲击后的失效模式并非固定，但通常会导致焊接线损坏，如图1所示。

这种损坏通常由极大的瞬态过电流引起，除了导致焊接线烧断外，还可能导致靠近焊接线的其他部分损坏，例如密封材料。

静电放电事件ESD损坏是目前高整合半导体组件制造，运输和应用中最为常见的一种瞬态过压危害，而LED照明系统则需要满足IEC61000-4-2标准的“人体静电放电模式”8KV接触放电，以防止系统在静电放电时有可能导致的过电冲击失效。

影响LED光效的因素
影响LED光效的因素
光效是评价LED器件将电转化成可见光的能力。

光效的高低本质取决于两个方面，一是发光部件（芯片、荧光粉）的电光转化能力；二是辅助部件（支架、硅胶）对光提取的能力。

影响LED光效的因素如下：
芯片：芯片品质的高低决定了电光转化效率，影响光效的主要原因。

荧光粉：荧光粉的量子效率（直观上表现为亮度），量子效率越高LED器件光效越高。

荧光粉量子效率提高一般会伴随着粒径的增大，粒径增大会使沉降严重导致LED器件点胶工艺不易控制、良品率低，荧光粉厂家追求保证光效的前提下尽量降低荧光粉粒径及粒径分布。

荧光粉在硅胶中的分布对光效影响不大但对光品质影响更为明显，如COB产品会采用离心的方式时荧光粉沉积到芯片上来提高出光均匀性，但会增加荧光粉的用量。

支架：支架的材质（如铜、银、铁等）影响散热间接影响芯片性能而影响光效；支架反射杯材质（如PPA、PCT、EMC等）、反射杯底部镀银层镜面平整度和厚度影响光提取率。

硅胶：硅胶因折射率不同导致光提取率不同间接影响光效，折射率越高光提取率越高，但不同折射率硅胶的选择除考虑光效外要结合LED器件的功率、发光面积等。

另外类似金线、底胶、银胶品质因影响电导率及导热等方面的性能会间接影响电导率。

LED常见问题（发热现象、光衰现象）与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其几取决于整体的发光效率。

在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发作电致发光，在P-N结左近辐射出来的光还需经过芯片（chip）自身的半导体介质和封装介质才干抵达外界（空气）。

综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大约只要30-40％的输入电能转化为光能，其餘60-70％的能量主要以非辐射复合发作的点阵振动的方式转化热能。

而芯片温度的升高，则会加强非辐射复合，进一步消弱发光效率。

由于，人们客观上以为大功率LED 没有热量，事实上确有。

大量的热，以致于在运用过程中发作问题。

加上很多初次运用大功率LED 的人，对热问题又不懂如何有效地处理，使得产品牢靠性成为主要问题。

那麼，LED 终究有没有热量产生呢？能产生几热量呢？LED 产生的热量终究有多大？LED 在正向电压下，电子从电源|稳压器取得能量，在电场的LED驱动电源下，克制PN 结的电场，由N 区跃迁到P 区，这些电子与P 区的空穴发作复合。

由于漂移到P 区的自在电子具有高于P 区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多餘的能量以光子的方式放出。

发出光子的波长与能量差Eg 相关。

可见，发光区主要在PN 结左近，发光是由于电子与空穴复合释放能量的结果。

一隻半导体二极体，电子在进入半导体区到分开半导体区的全部路途中，都会遇到电阻。

简单地从原理上看，半导体二极体的物理构造简单地从原理上看，半导体二极体的物理构造源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。

普通的二极体，在发作电子－空穴对的复合是，由于能级差Eg的要素，释放的光子光谱不在可见光范围内。

电子在二极体内部的路途中，都会因电阻的存在而耗费功率。

所耗费的功率契合电子学的根本定律：P ＝I2 R ＝I2（RN ＋＋RP ）＋IVTH式中：RN 是N 区体电阻VTH 是PN 结的开啟电压RP 是P 区体电阻耗费的功率产生的热量为：Q ＝ Pt式中：t 为二极体通电的时间。

近年来，LED贴片发展势头与日俱增，使用LED贴片的小厂家为数众多，但多数都是半路出家，设备和人员都不具备专业，并不能也不会正确地使用LED贴片，主要还是没有重视使用方面，一旦出现死灯或不良，都是推给贴片灯珠供应商，责怪灯珠质量有问题。

这使得贴片灯珠供应商服务十分棘手。

我作为贴片灯珠的业务员，我想我有必要在这里为大家正确地解说LED贴片的正确使用方法：一防潮除湿吸潮问题是贴片目前仍未能很好地解决的一大问题，所以在使用过程中一定要注意防潮和除湿。

防潮：材料保存场所严禁开窗，储存环境要保持湿度在40%以内，未用完而已开封的贴片要做好密封措施。

除湿：在过回流焊前最好先用烤箱将贴片烘烤70度四小时或60度8小时（严重吸潮的要增长时间至24小时），烘烤后马上使用，尽量在2--4小时内贴片和过回流焊。

二回流焊接1.回流峰值温度: 260℃或低于此温度值.(要使用良好的回流焊设备，防止设定温度和实际温度有较大差异)2.温升高过210℃所须时间: 30秒或少于此时间.3.回焊次数: 最多不超过两次.4.回焊后，LED需要冷却至室温后方可接触胶体。

三手工焊接1我们强烈建议在正常情况下使用回流焊接，仅仅在修补时进行手动焊接。

2手工焊接使用的电烙铁最大功率不可超过30W，焊接温度控制在300℃以内，焊接时间少于3秒。

3烙铁焊头不可碰及胶体。

4当引脚受热至85℃或高于此温度时不可受压，否则金线焊会断开。

四产品防护半导体产品有较弱的抵抗外在噪音能力。

因此产品储藏，运输，应用等过程中，要特别注意静电，电磁波，射线等噪音干扰，并且加上必要的防护措施。

（凡是接触LED的员工，都必须要按照规定佩戴防静电手套、静电环，工具和仪器必须做好接地）五安全注意事项此种元件内含有害物质GaAs，GaAs灰尘及其烟雾是有毒的，此产品不可折断、切割或研磨，不可用化学药品溶解六清洗1. 避免使用非指定化学溶剂清洗LED。

比如：三氯乙烯、氯硅烷、丙酮、二氟酯。

分析led灯箱灯条死灯的几大原因
我们有时候会发现灯条上边几颗灯珠不亮，这就是常说的死灯现象。

那么造成led灯箱灯条死灯的原因有哪些呢？发光鱼下面就根据这一情况来做一下简单分析。

发光鱼认为造成led灯箱灯条死灯的原因不外乎以下几点：
一、灯珠芯片的质量以及灯珠所采用的支架材料是造成死灯的直接原因
使用劣质的灯珠会让led灯箱灯条的死灯几率大大增加，led灯珠由多种材料组成，如支架，芯片、金线、胶水等等材料，如果这些材料中的任意一种性能不稳定都有可能造成led 灯珠的死灯。

二、串并联线路板上的一颗灯珠或线路断开使led无电流通过而造成灯珠不亮
这种情况会影响整段led灯的正常工作，原因是由于led灯工作电压低，一般都要用串、并联来联接，来适应不同的工作电压，串联的LED灯越多影响越大，只要其中有一个led灯或者这段线路中的一个地方内部连线开路，将造成该串联电路的整串LED灯不亮，这种情况也是比较严重的。

三、接线错误导致灯珠烧坏、死灯或者不亮
如果对于led灯箱灯条的接线方式不了解，直连220V会导致烧灯，而此时就需要重新更换一条新的灯条，所以在接线之前要仔细了解灯条的具体参数，对于不清楚如何操作的要及时咨询专业的技术人员，避免不必要的损失；如果仅仅是灯不亮那也可能是因为电源没电、电源正负极接反、接错线等，这种情况就检查更正一下再连接好灯条就可以正常运作。

四、包装、运输及安装过程中出现的物理伤害造成的灯珠不亮、死灯现象
在灯条的包装、运输及安装环节，出现的各种物理伤害造成灯珠损坏，从而死灯，影响整段led灯箱灯条的不亮。

建议大家购买led灯箱灯条时选择专业厂家的产品。

LED封装常见硫化问题案例分析(SEM，EDX)TOP-LED发生硫化的不良表现硫（S），在工业上主要用于制作硫酸，硫化橡胶。

硫化橡胶是在生胶原料中添加适量硫磺及其他配料在一定温度下进行处理，生成线型分子相互交联形成网状结构，以增强橡胶的性能。

★什么是LED的硫化？LED的硫化是由于硫（S²ˉ），或含硫物质在一定温度（热量促进分子运动加剧）、湿度（H2O）条件下，其中-2价的硫与+1价的银发生化学反应生成黑色Ag2S 的过程。

由于有机硅封装的LED产品具有高度透湿透氧的特性，故LED硫化反应在此类产品的应用过程中较为常见。

硫化后的LED表现为支架黑化不良，光通量下降明显。

●案例1 某客户采用A-3528H252W-S经贴板回流焊接后出现支架黑化●案例2 某客户采用A-3528H238W-S用于3灯发光模组，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化支架功能区、以及PIN脚部位均出现了黑化现象●案例3 某客户采用A-3528H241W-S1用于LED灯管，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例4 某客户采用A-3528H196W-S用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例5 某客户采用3528D20W-2P用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例6 某客户采用A-3528H322W-S用于发先模组，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例7 某客户采用A-506H238W-3-B-S用于灯杯，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例8 某客户采用A-5060H245W-3-B-S用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化●案例9 5730H241W-3-S用于照明灯具后出现支架黑化★黑化现象的不良分析案例一：2灯模组中，对3528出现黑化的引脚部位A、B点进行EDX、SEM分析，确认含有硫的成分，其含量约占所测成分的10%（还有几十个案例请上阅读）（还有几十个案例请上阅读）（还有几十个案例请上阅读）●De-cap后，对支架功能区、PPA进行EDX元素扫描分析●De-cap后，对封装胶进行EDX元素扫描分析（还有几十个案例请上阅读）（还有几十个案例请上阅读）★黑化现象的不良分析案例二：通过EDX、SEM元素分析，支架无黑化现象部位不含硫；支架黑化部位硫的含量约占2%（还有几十个案例请上阅读）1.将3528功能区黑化样品，剖开发现功能区表面及封装胶底部呈现的黑化现象是一致性的。

简析LED贴片封装生产的死灯问题LED封装处于LED产业链的下游环节，是连接产业与市场的纽带，主要任务是将外引线连接到LED芯片电极上，同时保护好芯片，且提高光取出效率的作用。

其中，贴片式LED由于体积小、散射角大、发光均匀性好等优点，广泛用于建筑物轮廓灯、娱乐场所装饰照明、广告装饰灯光照明领域等。

LED贴片式封装的企业越来越多，竞争也相对白热化。

目前，行业内各家企业所采用的原材料都是大同小异，金线、芯片、胶水、荧光粉、支架等差别并不大，价格也相对透明化。

那么，要想在激烈的市场竞争中赚到一点薄利，关键就取决于各企业封装工艺的控制及对原材料的选取和搭配。

同样的材料，有的企业良品率只能做到80%（20%的档外品），有的企业却能够把良品率做到90%以上，差距非常大，良品率的高低决定着一批货最终成本的增减。

而不良品中，死灯作为常见的主要问题之一，无论封装企业、应用企业以及使用的单位和个人都经常会碰到，如何避免死灯成为LED生产工艺中要解决的首要问题。

1 常见死灯问题分析目前，很多生产应用企业、封装企业和使用单位经常会遇到LED灯不亮的情况，这种情况通常被业界称为死灯现象或死灯问题。

LED贴片封装中的死灯问题是影响产品可靠性和产品质量的一个非常重要的因素，LED照明企业如何降低和避免死灯现象的发生是提高产品质量和可靠性的关键所在，也是LED封装企业亟待解决的一个重要课题。

本文讲到的贴片式LED封装的主要工艺流程为：固晶：通过在支架上点绝缘胶或银胶，把LED芯片固晶到支架的碗杯中央。

焊线：用导线将芯片表面电极和支架连接起来，当导通电流时，芯片发光。

点粉：由于LED芯片为单色光，通过LED芯片激发不同的荧光粉，从而实现白光输出，此外也起到保护芯片和提高出光率的作用。

分光分色：对LED光源色温、亮度、电压、波长、漏电等光电性能进行测试，按照客户要求将不同参数等级材料分BIN级。

包装：采用防静电材料包装。

1.1 固晶不良引起的死灯固晶中，点胶量的多少直接影响LED灯珠死灯。

和半导体器件一样，发光二极管(LED)早期失效原因分析是可靠性工作的重要部分，是提高LED可靠性的积极主动的方法。

LED失效分析步骤必须遵循先进行非破坏性、可逆、可重复的试验，再做半破坏性、不可重复的试验，最后进行破坏性试验的原则。

采用合适的分析方法，最大限度地防止把被分析器件(DUA)的真正失效因素、迹象丢失或引入新的失效因素，以期得到客观的分析结论。

针对LED所具有的光电性能、树脂实心及透明封装等特点，在LED早期失效分析过程中，已总结出一套行之有效的失效分析新方法。

2 LED失效分析方法2.1 减薄树脂光学透视法在LED失效非破坏性分析技术中，目视检验是使用最方便、所需资源最少的方法，具有适当检验技能的人员无论在任何地方均能实施，所以它是最广泛地用于进行非破坏检验失效LED的方法。

除外观缺陷外，还可以透过封装树脂观察内部情况，对于高聚光效果的封装，由于器件本身光学聚光效果的影响，往往看不清楚，因此在保持电性能未受破坏的条件下，可去除聚光部分，并减薄封装树脂，再进行抛光，这样在显微镜下就很容易观察LED芯片和封装工艺的质量。

诸如树脂中是否存在气泡或杂质;固晶和键合位置是否准确无误;支架、芯片、树脂是否发生色变以及芯片破裂等失效现象，都可以清楚地观察到了。

2.2 半腐蚀解剖法对于LED单灯，其两根引脚是靠树脂固定的，解剖时，如果将器件整体浸入酸液中，强酸腐蚀祛除树脂后，芯片和支架引脚等就完全裸露出来，引脚失去树脂的固定，芯片与引脚的连接受到破坏，这样的解剖方法，只能分析DUA的芯片问题，而难于分析DUA引线连接方面的缺陷。

因此我们采用半腐蚀解剖法，只将LED DUA单灯顶部浸入酸液中，并精确控制腐蚀深度，去除LED DUA单灯顶部的树脂，保留底部树脂，使芯片和支架引脚等完全裸露出来，完好保持引线连接情况，以便对DUA全面分析。

图1所示为半腐蚀解剖前后的φ5LED，可方便进行通电测试、观察和分析等试验。