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        科普:LED燈珠損壞的可能原因

        發布日期: 泛科科技

          LED死燈現象在LED照明行業經常出現,嚴重影響到了產品的質量和可靠性,也是眾廠家關心的問題。led臺燈又稱固態照明,作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術,具有節能、環保、安全可靠的特點,固態光源是被業界看好的未來十年替換傳統照明器具極具潛力的新型光源,代表照明技術的未來。發展新固態照明,不僅是照明領域的革命,而且符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。LED死燈是由什么原因引起?該如何避免LED死燈的現象是本文探討的重點。
          LED死燈的原因
          LED死燈的原因不外乎兩種情況:其一,LED的漏電流過大造成PN結失效,使LED燈點不亮,這種情況一般不會影響其他的LED燈的工作;
          其二,LED燈的內部連接引線斷開,造成LED無電流通過而產生死燈,這種情況會影響其他的LED燈的正常工作(WORK),原因是由于LED燈工作電壓低,一般都要用串、并聯來聯接,來適應不同的工作電壓,串聯的LED燈越多影響越大,只要其中有一個LED燈內部連線開路,將造成該串聯電路的整串LED燈不亮,可見這種情況比第一種情況要嚴重的多。
          分析LED死燈的情況
          LED死燈是影響產品品質、可靠性的關健,如何減少和杜絕死燈,提高產品品質和可靠性,是封裝、應用企業需要解決的關鍵(解釋:比喻事物的重要組成部分)問題。下面是對造成死燈的一些原因作一些分析探討。
          1、靜電對LED芯片造成損傷
          靜電對LED芯片造成損傷,使LED芯片的PN結失效,漏電流增大,變成一個電阻靜電是一種危害極大的魔鬼,全世界因為靜電損壞的電子元器件不計其數,造成數千萬美元的經濟損失。led燈是一塊電致發光的半導體材料芯片,用銀膠或白膠固化到支架上,然后用銀線或金線連接芯片和電路板,四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,最后安裝外殼,所以 LED 燈的抗震性能好。所以防止靜電損壞電子元器件,是電子行業(Industry)一項很重要的工作,LED封裝、應用的企業千萬不要掉以輕心。任何一個環節出問題,都將造成對LED的損害,使LED性能變壞甚至失效。我們知道人體靜電可以達到三千伏左右,足可以將LED芯片擊穿損壞,在LED封裝生產線,各類設備(shèbèi)的接地電阻是否符合要求,這也是很重要的,一般要求接地電阻為4歐姆,有些要求高的場合其接地電阻甚至要達到≤2歐姆。這些要求都為電子行業的人們所熟悉,關健是在實際執行時是否到位,是否有記錄。
          據了解一般的民營企業,防靜電措施做得并不到位,這就是大多數企業查不到接地電阻(中文名:電阻器) 的測試記錄,即使做了接地電阻測試也是一年一次,或幾年一次,或有問題時檢查一下接地電阻,殊不知接地電阻測試這是一項很重要的工作,每年至少 4次,一些要求(demand)高的地方,每月就要作一次接地電阻測試。土壤電阻會隨著季節的變化而不同,春夏天雨水多,土壤濕接地電阻較容易達到,秋冬季干燥土壤水分少,接地電阻就有可能超過規定數值,作記錄是為了保存原始資料,做到日后有據可查。符合ISO2000品質管制體系。測試接地電阻可以自行設計表格,接地電阻測試封裝企業、LED應用企業都要做,只要將各種設備名稱填于表格內,測出各設備的接地電阻記錄在案,測試人簽名即可存盤。
          人體靜電(是一種處于靜止狀態的電荷)對LED的損害也是很大的,工作時應穿防靜電服裝,配帶靜電環,靜電環應接地良好,有一種不須要接地的靜電環防靜電的效果不好,建議不使用配帶該種產品,如果工作人員違反操作規程,則應接受相應的警示教育,同時也起到告示他人的作用。人體帶靜電的多少,與人穿的不同面料衣服、及各人的體質有關,秋冬季黑夜我們脫衣服就很容易看見衣服之間的放電現象,這種靜電放電的電壓就有三千伏。
          而碳化矽襯底芯片的ESD值只有1100伏,藍寶石襯底芯片的ESD值就更低,只有500-600伏。一個好的芯片或LED,如果我們用手去拿,其結果就可想而知了,芯片或LED將受到不同程度的損害,有時一個好的器件經過我們的手就莫名其妙的壞了,這就是靜電惹的禍。封裝公司如果不嚴格按接地規程辦事,吃虧的是企業自己,將造成產品合格率下降,減少企業的經濟效益,同樣應用LED的企業如果設備和人員接地不良的話也會造成LED的損壞,返工在所難免。按照LED標準使用手冊的要求,LED的引線距膠體應不少于3-5毫米,進行彎腳或焊接,但大多數應用企業都沒有做到這一點,而只是相隔一塊PCB板的厚度就直接焊接了,這也會對LED造成損害或損壞,因為過高的焊接溫度(temperature)會對芯片產生影響,會使芯片特性變壞,降低發光效率,甚至損壞LED,這種現象屢見不鮮。有些小企業采用手工焊接,使用40瓦普通烙鐵,焊接溫度無法控制,烙鐵溫度在300-400℃以上,過高的焊接溫度也會造成死燈,LED引線在高溫下膨脹系數比在150℃左右的膨脹系數高好幾倍,內部的金絲焊點會因為過大的熱脹冷縮將焊接點拉開,造成死燈現象。
          2、LED燈內部連線焊點開路造成死燈現象(phenomenon)的原因分析
          2.1封裝企業生產(Produce)工藝不建全,來料檢驗手段落后,是造成LED死燈的直接原因(Reason)。一般采用支架排封裝的LED,支架排是采用銅或鐵金屬材料經精密模具(稱號:工業之母)沖壓而成,由于銅材較貴,成本自然就高,受市場(shì chǎng)激烈竟爭因素影響,為了降低制造成本,市場大多都采用冷軋低碳鋼帶來沖壓LED支架徘,鐵的支架排要經過鍍銀,鍍銀有兩個作用,一是為了防止氧(Oxygen)化生銹,二是方便焊接,支架排的電鍍品質非常關鍵,它關系到LED的壽命,在電鍍前的處理應嚴格按操作規程進行,除銹、除油、磷(P)化等工序應一絲不茍,電鍍時要控制好電流,鍍銀層厚度要控制好,鍍層太厚成本高,太薄影響品質。因為一般的LED封裝企業都不具備檢驗支架排電鍍品質的能力,這就給了一些電鍍企業有機可乘,使電鍍的支架排鍍銀層減薄,減少成本支出,一般封裝企業 IQC對支架排檢驗手段欠缺,沒有檢測支架排鍍層厚度和牢度的儀器,所以較容易蒙混過關。
          有些支架排放在倉庫里幾個月后就生銹了,不要說使用(use)了,可見電鍍的品質有多差。用這樣的支架排做出來的產品是肯定用不長久的,不要說3-5萬小時,1萬小時都成問題。原因很簡單每年都有一段時間的南風天,這樣的天氣空氣中濕度大,很容易造成電鍍差的金屬件生繡,使LED元件失效。即使封裝了的LED也會因鍍銀層太薄附著力不強,焊點與支架脫離,造成死燈現象。這就是我們碰到的使用得好好的燈不亮了,其實就是內部焊點與支架脫離了。
          2.2封裝過程中每一道工序都必須認真操作,任何一個環節疏忽都是造成死燈的原因在點、固晶工序,銀膠點得多與少都不行,多了膠會返到芯片金墊上,造成短路,少了芯片又粘不牢。雙焊點芯片點絕緣膠也是一樣,點多了絕緣膠會返上芯片的金墊上,造成焊接時的虛焊因而產生死燈。點少了芯片又粘不牢,所以點膠必須恰到好處,既不能多也不能少。焊接工序也很關鍵,金絲球焊機的壓力(pressure)、時間、溫度、功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)四個參數的配合都要恰到好處,除了時間固定外,其他三個參數是可調的,壓力的調節應適中,壓力大容易壓碎芯片,太小則容易虛焊。焊接溫度一般調節在280℃為好,功率的調節是指超聲波功率調節,太大、太小都不好,以適中為度,總之,金絲球焊機各項參數的調節,以焊接好的材料(Material),用彈簧力矩測試(TestMeasure)計檢測≥6克,即為合格。
          每年都要對金絲球焊機各項參數進性檢測(檢查并測試)和校正,確保焊接參數處在最佳狀態。另外焊線的弧度也有要求,單焊點芯片的弧高為1.5-2個芯片厚度,雙焊點芯片弧高為2-3個芯片厚度,弧度的高低也會引起LED的品質問題(Emerson),弧高太低容易造成焊接時的死燈現象,弧高太大則抗電流沖擊差。
          3、鑒別虛焊死燈的方法
          將不亮的LED燈用打火機將LED引線加熱到200-300℃,移開打火機,用3伏扣式電池按正、負極連接LED,如果此時LED燈能點亮,但隨著引線溫度降低LED燈由亮變為不亮,這就證明LED燈是虛焊。led燈是一塊電致發光的半導體材料芯片,用銀膠或白膠固化到支架上,然后用銀線或金線連接芯片和電路板,四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,最后安裝外殼,所以 LED 燈的抗震性能好。加熱能點亮的理由是利用了金屬熱脹冷縮的原理,LED引線加熱時膨脹伸長與內部焊點接通,此時接通電源(向電子設備提供功率的裝置),LED就能正常發光,隨著溫度下降(descend)LED引線收縮回復到常溫狀態(state),與內部焊點斷開,LED燈就點不亮了,這種方法屢試都是靈驗的。將這種虛焊的死燈兩引線焊在一根金屬條上,用較濃的硫酸浸泡,使LED外部膠體溶解,膠體全部溶解后取出,在放大鏡或顯微鏡下觀察各焊點的焊接情況(Condition),就可以找出是一焊還是二焊的問題,是金絲球焊機那個參數設置不對,還是其他原因(Reason),以便改進方法和工藝,防止虛焊的現象再次發生。
          然而即使是中國電子展上的展品,在使用LED產品的用戶也會碰到死燈的現象,這就是LED產品使用一段時間后,發生死燈現象,死燈有兩種原因,開路性死燈是焊接品質不好,或支架電鍍的品質有問題,LED芯片漏電流增大也會造成LED燈不亮?,F在很多LED產品為了降低(reduce)成本沒有加抗靜電保護,所以容易出現被感應靜電損壞芯片的現象。下雨天打雷容易出現供電線路感應高壓靜電,以及供電線路疊加的尖峰脈沖(mài chōng),都會使LED產品遭受不同程度的損壞。
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