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meixinjiance - 2015/3/17 17:15:00

LED发光失效分析--美信检测失效分析实验室

摘要：
本文通过排除法，确认LED灯珠发光失效不是LED灯珠本身质量所致。

关键词：
LED 发光二极管发光失效失效分析

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。

作者简介：
   美信检测公司致力于材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务。

xuesong6289 - 2015/3/18 9:52:00

搞这个确实技术含量比公路的高多了

meixinjiance - 2015/3/18 16:11:00

是的呀哈哈你要不要也拿材料过来坐坐分析

84362020gwh - 2015/3/18 20:25:00

这是做什么的

meixinjiance - 2015/3/19 14:09:00

比如说金子这个东西，我们是检测它的只要成分是用什么做的

84362020gwh - 2015/3/25 9:31:00

快来看看了