為(wèi)什么你的LED光源老死灯？

為(wèi)什么你的LED光源老死灯？
      LED光源為(wèi)发光二极管光源。此种光源具有(yǒu)體(tǐ)积小(xiǎo)、寿命長(cháng)、效率高等优点，可(kě)连续使用(yòng)長(cháng)达10万个小(xiǎo)时，未来LED光源应用(yòng)在照明领域亦成為(wèi)主流。近年来，很(hěn)多(duō)厂家相继推出了大功率LED照明灯具，并作為(wèi)节能(néng)产品越来越多(duō)的应用(yòng)于道路照明中。但是有(yǒu)很(hěn)多(duō)人反馈LED光源老死灯，那么我们现在分(fēn)享下导致死灯的原因。
一、芯片抗静電(diàn)能(néng)力差
  LED灯珠的抗静電(diàn)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(hěn)小(xiǎo)，很(hěn)细微;LED灯更容易遭受静電(diàn)损伤，这与两个引脚间距有(yǒu)关系，LED芯片裸晶的两个電(diàn)极间距非常小(xiǎo)，一般是一百微米以内吧，而LED引脚则是两毫米左右，当静電(diàn)電(diàn)荷要转移时，间距越大，越容易形成大的電(diàn)位差，也就是高的電(diàn)压。所以，封成LED灯后往往更容易出现静電(diàn)损伤事故。
二、芯片外延缺陷
  LED外延片在高温長(cháng)晶过程中，衬底、MOCVD反应腔内残留的沉积物(wù)、外部气體(tǐ)和Mo源都会引入杂质，这些杂质会渗入磊晶层，阻止氮化镓晶體(tǐ)成核，形成各种各样的外延缺陷，结尾在外延层表面形成微小(xiǎo)坑洞，这些也会严重影响外延片薄膜材料的晶體(tǐ)质量和性能(néng)。
三、芯片化學(xué)物(wù)残余
  電(diàn)极加工是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化學(xué)蚀刻、熔合、研磨，会接触到很(hěn)多(duō)化學(xué)清洗剂，如果芯片清洗不够干净，会使有(yǒu)害化學(xué)物(wù)残余。这些有(yǒu)害化學(xué)物(wù)会在LED通電(diàn)时，与電(diàn)极发生電(diàn)化學(xué)反应，导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。因此，鉴定芯片化學(xué)物(wù)残留对LED封装厂来说至关重要。
四、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(kě)靠性至关重要。蒸镀过程中有(yǒu)时需用(yòng)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(yǒu)破洞会使发光區(qū)有(yǒu)残余多(duō)出的金属。晶粒在前段制程中，各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化學(xué)蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用(yòng)镊子及花(huā)篮、载具等，因此会有(yǒu)晶粒電(diàn)极刮伤的情况发生。
  芯片電(diàn)极对焊点的影响：芯片電(diàn)极本身蒸镀不牢靠，导致焊線(xiàn)后電(diàn)极脱落或损伤;芯片電(diàn)极本身可(kě)焊性差，会导致焊球虚焊;芯片存储不当会导致電(diàn)极表面氧化，表面玷污等等，键合表面的轻微污染都可(kě)能(néng)影响两者间的金属原子扩散，造成失效或虚焊。
五、新(xīn)结构工艺的芯片与光源物(wù)料的不兼容
  新(xīn)结构的LED芯片電(diàn)极中有(yǒu)一层铝，其作用(yòng)為(wèi)在電(diàn)极中形成一层反射镜以提高芯片出光效率，其次可(kě)在一定程度上减少蒸镀電(diàn)极时黄金的使用(yòng)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(yòng)含氯超标的胶水，金電(diàn)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。
六、镀银层过薄
  市场上现有(yǒu)的LED光源选择铜作為(wèi)引線(xiàn)框架的基體(tǐ)材料。為(wèi)防止铜发生氧化，一般支架表面都要電(diàn)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(kě)氧化性是铜本身较大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，导热和散热性能(néng)都会下降。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(wù)和卤化物(wù)等污染物(wù)的腐蚀，使其表面发暗变色。有(yǒu)研究表明，变色使其表面電(diàn)阻增加约20～80%，電(diàn)能(néng)损耗增大，从而使LED的稳定性、可(kě)靠性大為(wèi)降低，甚至导致严重事故。
七、镀银层硫化
  LED光源怕硫，这是因為(wèi)含硫的气體(tǐ)会通过其多(duō)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(néng)區(qū)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電(diàn)率增加，在使用(yòng)过程中，极易出现漏電(diàn)现象;更严重的状况是银层完全被腐蚀，铜层暴露。由于金線(xiàn)二焊点附着在银层表面，当支架功能(néng)區(qū)银层被完全硫化腐蚀后，金球出现脱落，从而出现死灯。
八、镀银层氧化
  金鉴检测在接触的LED发黑初步诊断的业務(wù)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(kě)能(néng)与银氧化有(yǒu)关。但EDS能(néng)谱分(fēn)析等纯元素分(fēn)析检测手段都不易判定氧化，因為(wèi)存在于空气环境、样品表面吸附以及封装胶等有(yǒu)机物(wù)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(yòng)SEM、EDS、显微红外光谱、XPS等专业检测以及光、電(diàn)、化學(xué)、环境老化等一系列可(kě)靠性对比实验，结合专业的检测知识及電(diàn)镀知识进行综合分(fēn)析。
九、電(diàn)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(xiǎo)，镀层也愈致密、平滑、防护性能(néng)也愈高。这种结晶细小(xiǎo)的镀层称為(wèi)“微晶沉积层”。金鉴指出，好的電(diàn)镀层应该镀层结晶细致、平滑、均匀、连续，不允许有(yǒu)污染物(wù)、化學(xué)物(wù)残留、斑点、黑点、烧焦、粗糙、麻点、裂纹、分(fēn)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。

  在電(diàn)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，因為(wèi)镀层的防护性能(néng)、孔隙率等都与镀层厚度有(yǒu)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(néng)也随之提高。如果镀层的厚度不均匀，往往其特别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(yòng)。

十、有(yǒu)机物(wù)污染

  金鉴还指出，因為(wèi)電(diàn)镀过程中会用(yòng)到各种含有(yǒu)机物(wù)的药水，镀银层如果清洗不干净或者选用(yòng)质量较差以及变质的药水，这些残留的有(yǒu)机物(wù)一旦在光源点亮的环境中，在光、热和電(diàn)的作用(yòng)下，有(yǒu)机物(wù)则可(kě)能(néng)发生氧化还原等化學(xué)反应导致镀银层表面变色。

十一、水口料

  塑料的材质是LED封装支架导热的关键，金鉴检测发现如果PPA支架是水口料，会使PPA的塑料性能(néng)降低，从而产生以下问题：高温承受能(néng)力差，易变形，黄变，反射率变低;吸水率高，支架会因吸水造成尺寸变化及机械强度下降;与金属和硅胶结合性差，比较挑胶，与很(hěn)多(duō)硅胶都不匹配。这些潜在问题，使得灯珠很(hěn)难使用(yòng)在稍大的功率上，一旦超出了使用(yòng)功率范围，初始亮度很(hěn)高，但衰减很(hěn)快，没用(yòng)几个月灯就暗了。
十二、荧光粉水解
  氮化物(wù)的荧光粉容易水解，失效。
十三、荧光粉自发热的机制
  荧光粉自发热的机制，使得荧光粉层的温度往往高于 LED 芯片 p-n 结。其原因是荧光粉的转换效率并不能(néng)达到 100%，因此荧光粉吸收的一部分(fēn)蓝光转化成黄光，在高光能(néng)量密度 LED 封装中荧光粉吸收的另一部分(fēn)光能(néng)量则变成了热量。由于荧光粉通常和硅胶掺在一起，而硅胶的热导率非常低，只有(yǒu) 0.16 W/mK，因此荧光粉产生的热量会在较小(xiǎo)的局部區(qū)域累积，造成局部高温，LED 的光密度越大则荧光粉的发热量越大。当荧光粉的温度达到450 摄氏度以上是，会使荧光粉颗粒附近的硅胶出现碳化。一旦有(yǒu)某个地方的硅胶出现碳化发黑，其光转化效率更低，该區(qū)域将吸收更多(duō) LED 发出的光能(néng)量并转化更多(duō)的热量，温度继续增加，使得碳化的面积越来越大。
十四、银胶剥离
  导電(diàn)银胶的基體(tǐ)是环氧树脂类材料，热膨胀系数比芯片和支架都大很(hěn)多(duō)，在灯珠的冷热冲击使用(yòng)环境中，会因為(wèi)热的问题产生应力，温度变化剧烈的环境中效应将更為(wèi)加剧，胶體(tǐ)本身有(yǒu)拉伸断裂强度和延展率，当拉力超过时，那么胶體(tǐ)就裂开了。固晶胶的在界面处剥离，散热急剧变差，芯片产生的热不能(néng)导出，结温迅速升高，很(hěn)大加速了光衰的进程。
十五、银胶分(fēn)层
  银粉颗粒以悬浮状态分(fēn)散在浆料體(tǐ)系中，银粉和基體(tǐ)之间由于受到密度差 、電(diàn)荷 、凝聚力 、作用(yòng)力和分(fēn)散體(tǐ)系的结构等诸多(duō)因素的影响，常出现银粉沉降分(fēn)层现象，如果沉降过快会使产品在挂浆时产生流挂 ,涂层厚薄不均匀 ,乃至影响到涂膜的物(wù)化性能(néng)，分(fēn)层也会影响器件的散热、粘接强度和导電(diàn)性能(néng) 。
十六、银离子迁移
  某客户用(yòng)硅胶封装，导電(diàn)银胶粘结的垂直倒装光源出现漏電(diàn)现象，委托金鉴查找原因。金鉴通过对不良灯珠分(fēn)析，在芯片侧面检测出异常银元素，并可(kě)观察到银颗粒从底部正极银胶區(qū)域以枝晶状延伸形貌逐渐扩散到芯片上部P-N结侧面附近，因此金鉴判定不良灯珠漏電(diàn)失效极有(yǒu)可(kě)能(néng)為(wèi)来自固晶银胶的银离子在芯片侧面发生离子迁移所造成。银离子迁移现象是在在产品使用(yòng)过程中逐渐形成的，随着迁移现象的加重，后续银离子会导通芯片P-N结，造成芯片侧面存在低電(diàn)阻通路，导致芯片出现漏電(diàn)流异常，严重情况下甚至造成芯片短路。银迁移的原因是多(duō)方面的，但主要原因是银基材料受潮，银胶受潮后，侵入的水分(fēn)子使银离子化，并在由下到上垂直方向電(diàn)场作用(yòng)下沿芯片侧面发生迁移。因此金鉴检测建议客户慎用(yòng)硅胶封装、银胶粘结垂直倒装芯片的灯珠，选用(yòng)金锡共晶的焊接方式将芯片固定在支架上，并加强灯具防水特性检测。
十七、固晶胶不干
  LED封装用(yòng)有(yǒu)机硅的固化剂含有(yǒu)白金(铂)络合物(wù)，而这种白金络合物(wù)非常容易中毒，毒化剂是任意一种含氮(N)、磷(P)、硫(S)的化合物(wù)，一旦固化剂中毒，则有(yǒu)机硅固化不完全，则会造成線(xiàn)膨胀系数偏高，应力增大。
十八、胶水耐热性差
  据我们的检测表明，纯硅胶到400度才开始裂解，但是添加了环氧树脂的改性硅胶的耐热性被拉低到环氧树脂的水平，当这种改性硅胶运用(yòng)到大功率LED或者高温环境中，会出现胶體(tǐ)发黄发黑开裂死灯等现象。
十九、胶水不干
  LED封装用(yòng)有(yǒu)机硅的固化剂含有(yǒu)白金(铂)络合物(wù)，而这种白金络合物(wù)非常容易中毒，毒化剂是任意一种含氮(N)、磷(P)、硫(S)的化合物(wù)，一旦固化剂中毒，则有(yǒu)机硅固化不完全，则会造成線(xiàn)膨胀系数偏高，应力增大。
二十、封装胶線(xiàn)膨胀系数过大
  在灯珠的冷热冲击使用(yòng)环境中，会因為(wèi)热的问题产生应力，温度变化剧烈的环境中效应将更為(wèi)加剧，胶體(tǐ)本身有(yǒu)拉伸断裂强度和延展率，当拉力超过时，那么胶體(tǐ)就裂开了。
二十一、胶水含氯
  但目前國(guó)内环氧树脂生产企业普遍生产规模小(xiǎo)，管理(lǐ)模式和生产工艺落后，操作机械自动化程度不高，导致环氧树脂的各项参数难以保障。低品质的环氧树脂的生产与我國(guó)现状产业现状有(yǒu)关，产业急需升级。
  环氧树脂中的氯不仅对支架镀银层、合金線(xiàn)或其他(tā)活泼金属及芯片電(diàn)极(铝反射层)造成氯化腐蚀，而且也能(néng)与胺类固化剂起络合作用(yòng)而影响树脂的固化。氯含量是环氧树脂的一个重要物(wù)性指标，它是指环氧树脂中所含氯的质量分(fēn)数，包括有(yǒu)机氯和无机氯。无机氯会影响固化树脂的電(diàn)性能(néng)。有(yǒu)机氯含量标志(zhì)着分(fēn)子中未起闭环反应的那部分(fēn)氯醇基团的含量，它含量应尽可(kě)能(néng)地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物(wù)的性能(néng)。

  為(wèi)了更高效地防電(diàn)极氯腐蚀现象，降低整个行业的品质风险，金鉴全世界向LED厂商(shāng)推出“金鉴无氯认证”的检测服務(wù)。“金鉴无氯认证”旨在确认LED胶水和芯片是否含有(yǒu)超标的氯元素，检测精度达到PPM级。认证报告内容可(kě)以在金鉴检测网站www.gmatg.com查询。 有(yǒu)了“金鉴无氯认证”服務(wù)，LED采購(gòu)商(shāng)可(kě)以放心采購(gòu)有(yǒu)“金鉴无氯认证”的原材料，降低原材料采購(gòu)风险。

二十二、铜合金、金包银合金線(xiàn)、银合金線(xiàn)材来代替昂贵的金線(xiàn)
  金線(xiàn)具有(yǒu)電(diàn)导率大、导热性好、耐腐蚀、韧性好、化學(xué)稳定性极好等优点，但金線(xiàn)的价格昂贵，导致封装成本过高。在元素周期表中，过渡族金属元素中金、银、铜和铝四种金属元素具有(yǒu)较高的导電(diàn)性能(néng)。很(hěn)多(duō)LED厂商(shāng)试图开发诸如铜合金、金包银合金線(xiàn)、银合金線(xiàn)材来代替昂贵的金線(xiàn)。虽然这些替代方案在某些特性上优于金線(xiàn)，但是在化學(xué)稳定性方面却差很(hěn)多(duō)，比如银線(xiàn)和金包银合金線(xiàn)容易受到硫/氯/溴化腐蚀，铜線(xiàn)容易氧化。在类似于吸水透气海绵的封装硅胶来说，这些替代方案使键合丝易受到化學(xué)腐蚀，光源的可(kě)靠性降低，使用(yòng)时间長(cháng)了，LED灯珠容易断線(xiàn)死灯。
二十三、直径偏差
  1克金，可(kě)以拉制出長(cháng)度26.37m、直径50μm(2 mil)的金線(xiàn)，也可(kě)以拉制長(cháng)度105.49m、直径25μm(1 mil)的金線(xiàn)。如果打金線(xiàn)長(cháng)度都是固定的，如果来料金線(xiàn)的直径為(wèi)原来的一半，那么对打的金線(xiàn)所测電(diàn)阻為(wèi)正常的四分(fēn)之一。
  金鉴检测指出，对于供应商(shāng)来说，金線(xiàn)直径越细，成本越低，在售价不变的情况下，利润越高。而对于使用(yòng)金線(xiàn)的LED客户来说，采購(gòu)直径上偷工减料的金線(xiàn)，会存在金線(xiàn)電(diàn)阻升高，熔断電(diàn)流降低的风险，会很(hěn)大程度降低LED光源的寿命。1.0 mil的金線(xiàn)寿命，必然比1.2 mil的金線(xiàn)要短，但是封装厂的简单检测是测试不出来，在此金鉴可(kě)以提供金線(xiàn)直径的来料检测。
二十四、表面缺陷
  (1)丝材表面应无超过線(xiàn)径5%的刻痕、凹坑、划伤、裂纹、凸起、打折和其他(tā)降低器件使用(yòng)寿命的缺陷。金線(xiàn)在拉制过程，丝材表面出现的表面缺陷，会导致電(diàn)流密度加大，使损伤部位易被烧毁，同时抗机械应力的能(néng)力降低，造成内引線(xiàn)损伤处断裂。
  (2)金線(xiàn)表面应无油污、锈蚀、尘埃及其他(tā)粘附物(wù)，这些会降低金線(xiàn)与LED芯片之间、金線(xiàn)与支架之间的键合强度。
二十五、拉断负荷和延伸率过低
   能(néng)承受树脂封装时所产生的冲击的良好金線(xiàn)必须具有(yǒu)规定的拉断负荷和延伸率。同时，金線(xiàn)的破断力和延伸率对引線(xiàn)键合的质量起关键作用(yòng)，具有(yǒu)高的破断率和延伸率的键合丝更利于键合。太软的金丝会导致以下不良：(1)拱丝下垂;(2)球形不稳定;(3)球颈部容易收缩;(4)金線(xiàn)易断裂。太硬的金丝会导致以下不良：(1)将芯片電(diàn)极或外延打出坑洞;(2)金球颈部断裂;(3)形成合金困难;(4)拱丝弧線(xiàn)控制困难。