LED可靠性失效分析

目前，國(guó)內(nèi)不少?gòu)S家在生產(chǎn)燈具后僅僅對(duì)燈具進(jìn)行簡(jiǎn)單的老化測(cè)試后出貨，顯然這是無(wú)法檢驗(yàn)出LED的壽命期的失效情況，同時(shí)無(wú)法保證產(chǎn)品的質(zhì)量，因此后期可能會(huì)有不少的客戶(hù)退貨返修。也有部分廠家對(duì)燈具做高溫、濕度相關(guān)的可靠性試驗(yàn)，對(duì)失效的產(chǎn)品進(jìn)行部件或者材料更換，直到通過(guò)測(cè)試則選用。雖然此模式可以簡(jiǎn)單的完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，然而未對(duì)失效的產(chǎn)品的失效根本原因進(jìn)行分析，對(duì)此后的技術(shù)發(fā)展有很大的阻礙作用。
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失效分析工作不僅僅在提高可靠性方面有很好的效果，而且有很高的經(jīng)濟(jì)效益。雖然失效分析工作沒(méi)有直接產(chǎn)出，但是失效分析結(jié)果和反饋糾正措施可顯著縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本，提高器件的成品率和可靠性，減少系統(tǒng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用期間的失效器件。系統(tǒng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用中發(fā)生故障的經(jīng)濟(jì)損失巨大，排除故障的維修費(fèi)用高昂，而且這種費(fèi)用隨著可靠性等級(jí)的提高而指數(shù)上升。

金鑒實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)各種可靠性試驗(yàn)的考核以及失效分析手段，暴露和分析組件所隱含的缺陷以及造成缺陷的根本原因，并針對(duì)這些原因通過(guò)工藝優(yōu)化、物料控制以及設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，不斷地改進(jìn)和提高產(chǎn)品的可靠性與質(zhì)量，最終獲得符合質(zhì)量目標(biāo)的組件和穩(wěn)定的工藝條件。

金鑒實(shí)驗(yàn)室在LED失效分析方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)眾多燈具廠提供LED可靠性檢測(cè)和其后的失效分析和技術(shù)咨詢(xún)。我們有專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)、技術(shù)與積累的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確快速的找到可靠性測(cè)試或者認(rèn)證測(cè)試后燈具失效的原因。通過(guò)失效分析確定LED的失效機(jī)制,?在生產(chǎn)工藝以及應(yīng)用層面進(jìn)行研究改善，提高LED燈具的可靠性。LED燈具失效模式主要分為芯片失效、封裝失效、高溫失效、過(guò)流失效以及裝配失效。通過(guò)解剖失效的燈具綜合分析，掌握LED失效的根本原因，才能在實(shí)踐中確實(shí)提高LED燈具的質(zhì)量。不少客戶(hù)的燈具在老化測(cè)試、可靠性試驗(yàn)后出現(xiàn)LED死燈或者光衰嚴(yán)重導(dǎo)致的失效，通過(guò)我們找到了失效分析根本原因，從而改進(jìn)燈具的缺陷，提高燈具的可靠性。

美國(guó)“能源之星”規(guī)定可靠性指標(biāo)中，主要規(guī)定LED照明燈具壽命3.5萬(wàn)小時(shí)，在全壽命期內(nèi)色度變化在CIE1976（u,v）中0.007以?xún)?nèi)。LED燈具壽命和色保持度的指標(biāo)，從目前來(lái)看是很高的，實(shí)際上很多LED燈具還達(dá)不到這個(gè)要求，因?yàn)長(zhǎng)ED燈具所涉及的技術(shù)問(wèn)題很多、很復(fù)雜，其中主要是系統(tǒng)可靠性問(wèn)題，包含LED芯片、封裝器件、驅(qū)動(dòng)電源模塊、散熱和燈具的可靠性。據(jù)報(bào)道，通過(guò)加速壽命試驗(yàn)LED芯片的壽命一般可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至幾十萬(wàn)小時(shí)。在LED器件的失效中，約70%以上的LED器件失效是由封裝引起，所以封裝技術(shù)對(duì)LED器件來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵技術(shù)。盡管LED的理論壽命非常高，但是在實(shí)際應(yīng)用中受封裝、驅(qū)動(dòng)電源模塊、散熱等影響，整燈的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到預(yù)期的理論值。

盡管如此，通過(guò)LED可靠性試驗(yàn)可以有效的提高燈具的可靠性?？煽啃栽囼?yàn)內(nèi)容包括可靠性篩選、壽命試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)。常溫老化試驗(yàn)是目前最常用到的篩選試驗(yàn)。通過(guò)篩選試驗(yàn)剔除早起失效的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的使用可靠性。通過(guò)加速壽命試驗(yàn)可以測(cè)試LED器件的壽命。LED器件的壽命是判斷LED器件的可靠性的重要指標(biāo)。所有的可靠性試驗(yàn)都離不了環(huán)境試驗(yàn)，因此環(huán)境試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)的重要組成部分，目前環(huán)境試驗(yàn)被認(rèn)為是確認(rèn)與改善工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量主要方法。目前,常用于LED環(huán)境試驗(yàn)的有高低溫試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)、冷熱沖擊試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)等。通過(guò)模擬實(shí)際使用環(huán)境檢驗(yàn)燈具失效情況,對(duì)失效原因進(jìn)行分析后對(duì)產(chǎn)品改進(jìn)提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

LED的失效的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律呈浴盆狀，可以用來(lái)表示LED在整個(gè)壽命期間的失效率。

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變化曲線看出產(chǎn)品的失效率基本可劃分為三個(gè)時(shí)期：早期失效期、穩(wěn)定使用期、損耗失效期。早期失效率較高，但隨著使用時(shí)間增加，失效率迅速降低，這階段的失效產(chǎn)生的原因多因設(shè)計(jì)、材料或者工藝缺陷造成。嚴(yán)格工藝操作、加強(qiáng)對(duì)原材料、制程檢驗(yàn)可減少此階段的失效。穩(wěn)定試用期也為偶然失效期，此階段失效率較低可近似為常數(shù)，計(jì)算MTBF和可靠度時(shí)就采用此階段值。此階段產(chǎn)品失效的主要原因是由于質(zhì)量缺陷、材料弱點(diǎn)、使用環(huán)境等因素所致。在耗損失效期，產(chǎn)品的失效率隨著時(shí)間迅速增加，這主要由產(chǎn)品磨損、疲勞、老化以及損耗等原因?qū)е隆?strong style="text-indent:2em;">?

案例分析：

客戶(hù)送測(cè)燈珠在冷熱循環(huán)試驗(yàn)后出現(xiàn)燈珠漏電，經(jīng)我們分析確定此燈珠的芯片埋孔（Via）下面的Ni-Sn共晶層存在大量空洞，大量空洞使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的芯片埋孔應(yīng)力不均，同時(shí)熱傳導(dǎo)性能降低。在芯片通電情況下，熱量聚集導(dǎo)至Ni-Sn共晶層空洞中空氣熱脹冷縮，更加助了芯片埋孔的應(yīng)力不均，導(dǎo)致芯片GaN層開(kāi)裂破碎，從而導(dǎo)致PN結(jié)短路失效。

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案例分析：

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客戶(hù)送測(cè)5050燈珠出現(xiàn)死燈現(xiàn)象。對(duì)燈珠的使用材料進(jìn)行分析，對(duì)比正常的封裝膠和失效的封裝膠紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，失效封裝膠氫鍵的伸縮峰、C=C、吸收峰都較弱，說(shuō)明失效封裝膠樹(shù)脂成分較高。Si-O-Si吸收峰分裂為兩個(gè)強(qiáng)度相近的峰，說(shuō)明失效封裝膠分子鏈較長(zhǎng)，分子鏈柔性下降，交聯(lián)密度大，固化程度高。因此，失效燈珠的封裝膠固化過(guò)度導(dǎo)致封裝膠與支架剝離扯斷鍵合線導(dǎo)致LED燈珠死燈失效。??

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