知识:COB封装中LED失效的原因分析
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LED失效分析方法在分析LED失效时,我们需要考虑多种可能性。
以下是一些常见的LED失效分析方法:1.观察和检查:首先,我们可以通过直接观察和检查LED是否有明显的物理损坏或缺陷来确定失效原因。
例如,LED外壳是否破损,引线是否松动,焊点是否断裂等。
2.电气参数测量:使用万用表或LED测试仪,测量LED的电气参数,例如正向电压和正向电流。
如果这些参数与规格书中的数值不符,那么很可能是LED失效的原因之一3.热分析:热问题是导致LED失效的常见原因之一、我们可以通过热分析来确定是否有过热导致LED失效。
例如,使用红外热成像仪来检测LED散热是否不良,或测量LED附近的温度。
4.化学分析:LED封装中的化学物质也可能导致失效。
通过化学分析,我们可以检测是否有潜在的化学问题。
例如,使用光谱仪检测LED的波长和颜色是否与预期值相符,以及是否有异常的杂质。
5.可靠性测试:如果存在多个LED失效,我们可以进行可靠性测试,以模拟LED长时间使用的情况。
例如,使用恒定电流源对LED进行循环测试,检查在连续使用时是否能够正常工作,以及耐受高温和低温是否良好。
6.反向工程:当无法通过上述方法确定失效原因时,我们可以进行反向工程。
这包括打开LED封装,并检查内部结构和元件。
通过这种方法,我们可以确定是否有构造问题或制造缺陷导致LED失效。
7.光学分析:使用光学仪器分析LED的发光情况,例如亮度、散射特性和颜色均匀性等。
如果有发光问题,可以检查发光体和透镜是否存在缺陷或污染。
8.振动和冲击测试:LED通常用于车辆行驶和移动设备中,这些环境中的振动和冲击可能导致LED失效。
通过在实验室环境中模拟振动和冲击,我们可以确定LED是否能够耐受这些环境。
9.维修记录和用户反馈:维修记录和用户反馈可以提供有关LED失效的有价值信息。
我们可以参考维修记录中的历史信息,了解是否有常见的故障模式。
同时,用户反馈可以提供关于LED失效的线索和提示。
我们经常会碰到LED不亮的情况,封装企业、应用企业以及使用的单位和个人,都有可能碰到,这就是行业内的人说的死灯现象。
究其原因不外是两种情况:其一,LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯点不亮,这种情况一般不会影响其它的LED灯的工作;其二,LED灯的内部连接引线断开,造成LED无电流通过而产生死灯,这种情况会影响其它的LED灯的正常工作,原因是由于LED灯工作电压低(红黄橙LED工作电压1.8V—2.2V,蓝绿白LED工作电压2.8—3.2V),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灯内部连线开路,将造成该串联电路的整串LED灯不亮,可见这种情况比第一种情况要严重的多。
LED死灯是影响产品质量、可靠性的关健,如何减少和杜绝死灯,提高产品质量和可靠性,是封装、应用企业需要解决的关键问题。
下面是对造成死灯的一些原因作一些分析探讨1. 静电对LED芯片造成损伤,使LED芯片的PN结失效,漏电流增大,变成一个电阻静电是一种危害极大的魔鬼,全世界因为静电损坏的电子元器件不计其数,造成数千万美元的经济损失。
所以防止静电损坏电子元器件,是电子行业一项很重要的工作,LED 封装、应用的企业千万不要掉以轻心。
任何一个环节出问题,都将造成对LED的损害,使LED性能变坏甚至失效。
我们知道人体(ESD)静电可以达到三千伏左右,足可以将LED 芯片击穿损坏,在LED封装生产线,各类设备的接地电阻是否符合要求,这也是很重要的,一般要求接地电阻为4欧姆,有些要求高的场合其接地电阻甚至要达到≤2欧姆。
这些要求都为电子行业的人们所熟悉,关健是在实际执行时是否到位,是否有记录。
据笔者了解一般的民营企业,防静电措施做得并不到位,这就是大多数企业查不到接地电阻的测试记录,即使做了接地电阻测试也是一年一次,或几年一次,或有问题时检查一下接地电阻,殊不知接地电阻测试这是一项很重要的工作,每年至少4次(每季度测试一次),一些要求高的地方,每月就要作一次接地电阻测试。
LED灯具失效原因及电路保护措施分析
于电源和驱动的失效,二是来源于LED器件本身的失效。
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,以及电容等被动元件发生击穿损坏。
负载端的短路故障则可能引起驱动电路的过电流驱动,驱动电路有可能发生短路损坏或有短路故障导致的过热损坏。
LED器件本身的失效主要有以下几种情况。
1.瞬态过流事件
瞬态过流事件是指流过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直接产生也可能是由高电压间接产生,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。
对于汽车中的LED照明,ISO7637-2的瞬态抛负载浪涌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
2.静电放电事件
静电放电(ESD)损坏是目前高集成度半导体器件制造、运输和应用中最
为常见的一种瞬态过压危害,而LED照明系统则须满足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。
死灯,不亮属于灾难性失效.下面列举常见的失效案例及预防措施供大家参考
1)LED散热不佳,固晶胶老化,层脱,芯片脱落
预防措施:做好LED散热工作,保证LED的散热通道顺畅(焊接时防止LED 悬浮,倾斜)
2)过电流过电压冲击,驱动,芯片烧毁(开路或短路)
预防措施:做好EOS防护,防止过电流过电压冲击或者长时间驱动LED。
3)过电流冲击,金线烧断4)使用过程中,未做好ESD防静电防护,导致LED PN结被击穿。
预防措施:防止过电流过电压冲击LED。
4)使用过程未做好防静电防护,导致LED PN结被击穿。
预防措施:做好ESD防护工作
5)焊接温度过高,胶体膨胀剧烈扯断金线或者外力冲击碰撞封装胶体,扯断金
线。
预防措施:按照推荐的焊接条件焊接使用,装配过程中注意保护封装结构部分不受损坏。
6)LED受潮未除湿,回流焊过程中胶裂,金线断。
预防措施:按照条件除湿,可利用防潮箱或者烘箱进行干燥除湿。
应按照推荐的回流参
数过回流焊。
7)回流焊温度曲线设置不合理,造成回流过程胶体剧烈膨胀导致金线断。
预防措施:按照推荐的回流参数过回流焊。
8)齐纳被击穿,装配时LED正负极被短接或者PCB板短路,LED被击穿。
预防措施:做好ESD防静电保护工作,避免正负极短路,PCB要做仔细排查。
LED片式COB光源荧光胶层失效XPS分析LED片式COB光源是一种新型的LED光源,具有高亮度、高效能、节能环保等特点,广泛应用于室内照明、室外广告牌等领域。
然而,长时间使用后,LED光源的荧光胶层有可能失效,导致光源的亮度降低甚至完全无法发光。
为了解决这一问题,需要进行XPS分析。
XPS(X射线光电子能谱学)是一种常用的表面分析技术,通过将样品置于真空下,利用高能X射线激发样品表面的原子发射能谱,从而获得样品的元素组成、化学状态和电子结构等信息。
下面将从样品表面元素组成、化学状态和荧光胶层结构等方面对LED片式COB光源的荧光胶层进行XPS分析。
首先,通过XPS可以得知样品表面的元素组成。
荧光胶层中主要含有碳、氧等元素,通过XPS可以获得这些元素在样品表面的含量和分布情况。
对于LED片式COB光源的荧光胶层失效问题,需要分析荧光胶层中碳、氧元素的含量变化。
如果发现元素含量减少或者增加,可能说明荧光胶层失效与元素含量变化有关。
其次,XPS可以获得样品表面元素的化学状态信息。
荧光胶层中碳元素的化学状态有可能发生变化,例如从碳氢化合物转变为碳氧化合物。
这些变化可能导致荧光胶层失效,通过XPS可以准确地获得样品中碳元素的化学状态信息,从而推测荧光胶层转化的原因。
再次,XPS可以分析荧光胶层的结构信息。
荧光胶层中可能含有大量的聚合物,这些聚合物的链结构在荧光胶层失效后可能发生改变。
通过XPS可以获得聚合物的结构信息,例如原子间距、键长等,从而判断荧光胶层失效的原因。
最后,通过对样品进行XPS分析,可以得到荧光胶层失效的综合信息。
换句话说,可以确定荧光胶层失效的原因是由元素含量变化、化学状态变化还是结构变化导致的。
这对于进一步改进LED片式COB光源的荧光胶层有着重要的指导意义。
总之,XPS分析是解决LED片式COB光源荧光胶层失效问题的有效手段。
通过分析样品表面的元素组成、化学状态和荧光胶层结构等信息,可以确定荧光胶层失效的原因,并提出相应的改进措施。
LED封装技术与失效分析LED(Light Emitting Diode,发光二极管)封装技术及其失效分析是一个非常重要的领域,对于提高LED灯的可靠性和性能具有关键影响。
本文将对LED封装技术和失效分析进行详细介绍,以期增进读者对该领域的了解。
一、LED封装技术1. 芯片分离:将大面积的芯片切割成小芯片,通常为1mm x 1mm或大于1mm x 1mm的尺寸。
切割后的芯片通常需要进行光电特性的测试来筛选出良好的品质。
2.载箱:将分离的芯片粘贴到一个或多个电极载体上,形成一个小的光电晶体芯片。
载体通常由陶瓷、铝基板、硅基板等材料制成,以提供良好的导热性能和机械强度。
3.焊接:使用金属焊料将芯片连接到载体上的电极上,实现电流和信号的传输。
4.封装:将载体和焊接的芯片套入塑料封装材料中,形成完整的LED封装体。
5.温度循环老化:通过在特定温度范围内循环加热和降温,以模拟LED在使用过程中的温度变化情况,检验封装的可靠性和耐受性。
LED封装技术的目标是提供良好的热传导、电气连接和物理保护。
适当的封装技术可以提高LED的光电效率、光照强度和颜色稳定性。
常见的LED封装技术包括DIP(插装封装)、SMD(面贴封装)、COB(晶片封装)等,每种技术都有其特定的适用场景和优势。
二、LED失效分析虽然LED具有长寿命和高可靠性的特点,但仍然存在一些常见的失效模式和原因需要进行分析和解决。
以下是几种常见的LED失效模式及其分析:1.热失效:温度是影响LED寿命和性能的重要因素之一、高温容易导致LED芯片的电子结构损坏和荧光粉材料的老化。
因此,合理的散热设计和电流控制非常重要。
2.电子损坏:LED芯片中的PN结构易受静电放电、过电流等电子性失效的影响。
一个常见的解决方法是在制造过程中引入防静电措施和电流保护电路。
3.湿度和环境腐蚀:潮湿的环境和腐蚀性气体可能导致LED元件内部金属接触部分的腐蚀,甚至引起短路。
因此,密封技术和材料在应对这类环境挑战方面发挥着重要作用。
LED灯不亮失效分析1.电源问题:检查电源线是否插紧,是否有电流输出。
如果有其他电器设备连接到相同的电源线路上,也可以尝试断开其他设备,只用LED灯进行测试,以确定是否为电源问题。
2.开关问题:检查开关是否打开,同时也检查开关本身是否有损坏。
可以尝试用一个已知工作正常的LED灯泡进行测试,来排除开关本身造成的问题。
3.芯片问题:LED灯通常使用LED驱动芯片来控制亮度和颜色。
如果芯片故障,LED灯就有可能不亮。
可以通过更换芯片或者将LED灯连接到一个已知工作正常的驱动芯片上进行测试,来确认芯片是否损坏。
4.连接问题:检查LED灯的连接是否正确,包括引脚是否插紧,是否有接触不良等问题。
有时候通过重新插拔连接也可以修复连接问题。
5.灯珠损坏:LED灯的亮度由灯珠决定,如果其中一个灯珠损坏,整盏灯可能会不亮。
可以通过更换灯珠来解决问题。
6.熔断器问题:LED灯可能配备了保护装置,比如熔断器。
如果熔断器熔断了,LED灯就不会亮。
可以检查熔断器状态并更换它。
7.线路问题:检查LED灯所在的线路是否正常工作,比如检查是否有断线、短路等情况。
可以尝试使用测试仪器对线路进行测试,以排除线路问题。
8.散热问题:LED灯会产生一定的热量,如果散热不良,LED的使用寿命会缩短,甚至会导致损坏。
可以检查灯体是否有散热设计,是否有堵塞导致散热不良的情况。
9.防水问题:如果LED灯不适用于水液环境,如果水纹等液体进入LED灯内部,可能导致灯泡不亮。
可以查看LED灯的防水性能,是否符合使用环境的要求。
10.灯罩问题:如果灯罩损坏或不透明,也会影响LED灯的亮度。
可以尝试清洁或更换灯罩。
在分析故障时,可以从简单到复杂地进行排查。
如果以上方法都不能解决问题,建议寻求专业维修人员的帮助。
同时,在正常使用LED灯的过程中,合理使用和保养也有助于延长LED灯的使用寿命。
LED灯具失效分析及电路保护LED灯具具有节能、高亮度、长使用寿命等优点,越来越多地应用于室内照明、广告招牌等领域。
然而,由于LED灯具工作时需要直流电源供电,且LED灯珠本身具有较高的灵敏度,因此其电路保护至关重要。
在本篇文章中,我们将讨论LED灯具失效的原因分析,并探讨一些常用的电路保护方法。
首先,LED灯具失效的原因可以分为两类:电路故障和环境因素。
在电路故障方面,可能会出现以下几种情况:1.短路:当LED灯具内部一些部件出现短路时,会导致整个电路短路,使LED灯具失去工作。
2.开路:当LED灯珠或其他关键部件出现开路时,电流无法流过,因此LED灯具无法正常工作。
3.过电流:如果LED灯具的电源电压过高,或者在使用中由于其他原因导致电流过大,会导致灯珠或其他部件过热,从而损坏LED灯具。
除了电路故障,环境因素也会导致LED灯具失效,例如:1.电压波动:如果供电电压不稳定,会导致LED灯具电流变化,从而影响灯具的使用寿命。
2.温度变化:LED灯具对环境温度比较敏感。
如果环境温度过高或过低,都可能导致灯具失效。
为了保护LED灯具的电路和延长使用寿命,需要采取一些常用的电路保护方法,如下:1.短路保护:在LED灯具电路中添加保险丝或保护管,当电路短路时,保险丝或保护管会断开电路,从而保护LED灯具。
2.过电流保护:安装过流保护器,当电流过大时,保护器会切断电路,以防止灯珠或其他部件过热。
3.电压稳定器:使用电压稳定器来稳定供电电压,以确保LED灯具正常工作。
4.温度控制:在LED灯具中加入温度传感器,并通过控制电路来保持灯具的工作温度在适宜范围内。
此外,合理设计LED灯具的散热结构也是非常重要的。
通过增加散热片、风扇等散热设备,可以有效降低灯具的工作温度,从而延长使用寿命。
总之,对于LED灯具失效的分析及电路保护,我们需要首先了解造成灯具失效的原因,然后采取相应的电路保护方法,以延长灯具的使用寿命。
知识:COB封装中LED失效的原因分析
虽然从技术角度LED芯片理论寿命可达100000H,但由于封装、驱动、散热等技术的影响,应用到普通照明类的光源或灯具寿命也只能达到30000H,甚至市场上也存在很多用不到半年就会出问题的产品。
如何提高LED照明产品可靠性问题也一直是企业需要解决的问题。
LED照明产品失效模式一般可分为:芯片失效、封装失效、电应力失效、热应力失效、装配失效。
通过对这些失效现象的分析和改进,可对我们设计和生产高可靠性的LED照明产品提供帮助。
本文介绍了基于COB封装技术的LED照明产品失效模式及几种常见原因分析。
并阐述了在COB封装、整灯结构设计等应用过程中预防和改善对策。
1、基于COB的LED产品特点
LED照明产品由三个主要部件组成,即散热结构件、驱动电源和照明部分。
照明部分由光源和二次光学配光组件(如透镜、反射镜和扩散板)组成,典型应用模型见图一。
做为LED 照明产品中的光源部分是核心部件,是实现光电性能的基础器件。
而基于COB技术是光源的一种封装形式,其本身不再需要任何自动表面贴装过程,只需要将正负极简单引出焊接即可组装到基体或照明灯具。
如图1显示了其在LED照明产品中重要的关键组件。
这些组件是,尤其是COB在大多数情况下,均是采用手工组装。
这就造成在生产过程中很可能要比在一个自动的过程中产生更多潜在故障。
2、COB失效的原因分析
如图2所示,基于COB的LED封装技术是将多颗芯片采用不同的串并结构再用丝焊的方法在芯片和基底之间建立电气连接,最后使用灌封胶封装而成。
此种结构决定了COB内部任何单颗芯片的不良,将会导致剩余
芯片电流负载增加,继而单颗vf值上升,使驱动电源进入输出过压保护状态,输出异常导致剩余支路闪烁直至死灯。
排除芯片本身不良的原因,大部分情况下表现为芯片间键和不良,常规下我们把键和中单个焊线分为A、B、C、D、E五个关键点,如图3所示。
而键和不良本人在实践中遇到了以下几种常见原因。
(1)机械应力损伤,一般会出现在B、C、D点不良,且C点居多。
常见根本原因有:①如出现为B或D点不良,且居多出现在围坝边缘如图2中中间图片红色圆圈部位。
则很有可能是因为结构干涉导致。
导致干涉的原因需要从镜面铝中心与芯片布局中心是否偏离和整灯结构是否预留足够的间隙等方面进行进一步探讨和确认。
②如出现在C点不良,且居多出现在中间部位,贝帳本原因会是因为封装或组装制造过程防护不当导致。
(2)焊接不良,一般会出现在A、B、D、E点不良且拉力测试时力值合格但断裂点会出现在
A、B、D、E点处,例如图4为D点断开状态。
这种情况下可以确定为焊接工艺不当或焊接设备不稳定导致,可根据具体的失效项目如塌线、断线、金球过大、过小等情况调整焊线温度、功率、压力、时间等工艺参数予以解决。
(3)封装胶应力损伤,一般会出现在A、B、D、E点不良且不良只会发生在围坝胶和封装胶结合处的周围,在高倍显微镜下观察胶体结合面处存在间隙的可能。
这种不良的根本原因往往是因为两种胶体热膨胀系数的差异,导致应力集中,将焊点拉断导致。
3、改善措施
通过对以上所介绍的COB主要失效模式的分析,可以从中获悉改善实际使用寿命的技术方法。
(1)结构设计
好的结构设计既要保证功能的实现,也要做到防错处理。
基于COB封装技术的LED本身就是一个易损伤器件,在结构设计中处理二次光学配光组件安装及固定时,需要考虑预留足够的间隙,保证在极限公差情况下和组装过程中误操作也不能够或尽可能减少损伤COB的风险。
(2)封装技术
封装制程中,我们把焊线拉力测试作为衡量键和合格判定的一个重要的指标。
而且在质量控制过程中,往往认为拉力越大产品可靠性越好。
实践证明这是一个错误的做法,尤其在COB 的焊线工艺中对边缘键和质量的衡量上,太大或过小均会导致不良的产生。
具体拉力规范限值需要根据产品特点进行研究和探讨。
另一方面,选择合适的封装胶及封胶工艺。
尽可能采用热膨胀系数相近的胶,而且需要确定合适的烘干温度和时间以确保凝固速度的一致,防止内部应力的产生。
(3)制程防护
COB器件由于芯片为阵列排布,发光裸露面大,焊线、芯片耐外力能力差,且封装胶体本身不能起到很好的防护作用。
故在制程过程中采用合适的包装、流转载具、取拿工具、固定取拿方式可以杜绝或降低机械损伤。
(4)合理筛选
虽然筛选不能最终提升产品品质,但可以防止不合格品的流出。
为了筛选出COB不良器件,可以采取在一定温度下的老化、测试工作。
COB器件可在高温下进行点亮测试,温度不宜高于PN节结温温度。
如果采取整灯老化,温度推荐不宜超过宣称最高环境温度,时间可随温度的提高而减少。
具体参数需要根据产品特性进行研究和确定。
(5)优化可靠性验证方案
产品是否能够满足使用要求,需要对其进行充分的验证。
考虑到LED产品不管是国际还是国内目前还没有针对LED产品的可靠性试验规范,目前常规做法是参照GB/T 2423、GB/T24825等标准进行高温、低温、湿热交变、开关冲击等可靠性试验。
但在实践中我们发现这样的方法不足以发现失效,即已经确定存在可靠性失效的产品也能通过此类试验验证。
故我们需要针对产品工作环境及特殊的用途论证制定符合基于COB封装技术LED特性的可靠性试验方案。
结合快速变化的市场,调整可靠性试验条件如温度、湿度、安装方式、客户的使用习惯等多种要素来创新选择可靠性验证的方案。
实现在尽可能短的时间内推出质量可靠的产品。
4、结束语
综上所述,尽管成本低、散热性好的基于COB封装技术的LED产品具有很高的理论寿命,但是在实际应用过程中目前还不能达到所预期的理论值。
但是只要能够追查到失效的根本原因,采取措施进行改善并得到有效验证,LED产品的可靠性将会得到不断的提高。