LED死燈的原因及分析探討

LED死燈的原因有以下兩種情況：

其一，LED的漏電流過(guò)大造成PN結(jié)失效，使LED燈點(diǎn)不亮，這種情況一般不會(huì)影響其它的LED燈的工作；

其二，LED燈的內(nèi)部連接引線斷開，造成LED無(wú)電流通過(guò)而產(chǎn)生死燈，這種情況會(huì)影響其它的LED燈的正常工作，原因是由于LED燈工作電壓低(紅黃橙LED工作電壓1.8V—2.2V，藍(lán)綠白LED工作電壓2.8—3.2V)，一般都要用串、并聯(lián)來(lái)聯(lián)接，來(lái)適應(yīng)不同的工作電壓，串聯(lián)的LED燈越多影響越大，只要其中有一個(gè)LED燈內(nèi)部連線開路，將造成該串聯(lián)電路的整串LED燈不亮，可見這種情況比第一種情況要嚴(yán)重的多。

LED死燈是影響產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性的關(guān)健，如何減少和杜絕死燈，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，是封裝、應(yīng)用企業(yè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。下面是對(duì)造成死燈的一些原因作一些分析探討：

1. 靜電對(duì)LED芯片造成損傷，使LED芯片的PN結(jié)失效，漏電流增大，變成一個(gè)電阻

靜電是一種危害極大的魔鬼，全世界因?yàn)殪o電損壞的電子元器件不計(jì)其數(shù)，造成數(shù)千萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失。所以防止靜電損壞電子元器件，是電子行業(yè)一項(xiàng)很重要的工作，LED封裝、應(yīng)用的企業(yè)千萬(wàn)不要掉以輕心。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都將造成對(duì)LED的損害，使LED性能變壞甚至失效。

我們知道人體(ESD)靜電可以達(dá)到三千伏左右，足可以將LED芯片擊穿損壞，在LED封裝生產(chǎn)線，各類設(shè)備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(chǎng)合其接地電阻甚至要達(dá)到≤2歐姆。這些要求都為電子行業(yè)的人們所熟悉，關(guān)健是在實(shí)際執(zhí)行時(shí)是否到位，是否有記錄。

據(jù)筆者了解一般的民營(yíng)企業(yè)，防靜電措施做得并不到位，這就是大多數(shù)企業(yè)查不到接地電阻的測(cè)試記錄，即使做了接地電阻測(cè)試也是一年一次，或幾年一次，或有問(wèn)題時(shí)檢查一下接地電阻，殊不知接地電阻測(cè)試這是一項(xiàng)很重要的工作，每年至少4次(每季度測(cè)試一次)，一些要求高的地方，每月就要作一次接地電阻測(cè)試。

土壤電阻會(huì)隨著季節(jié)的變化而不同，春夏天雨水多，土壤濕接地電阻較容易達(dá)到，秋冬季干燥土壤水分少，接地電阻就有可能超過(guò)規(guī)定數(shù)值，作記錄是為了保存原始數(shù)據(jù)，做到日后有據(jù)可查。符合ISO2000質(zhì)量管理體系。測(cè)試接地電阻可以自行設(shè)計(jì)表格，接地電阻測(cè)試封裝企業(yè)、LED應(yīng)用企業(yè)都要做，只要將各種設(shè)備名稱填于表格內(nèi)，測(cè)出各設(shè)備的接地電阻記錄在案，測(cè)試人簽名即可存檔。

人體靜電對(duì)LED的損害也是很大的，工作時(shí)應(yīng)穿防靜電服裝，配帶靜電環(huán)，靜電環(huán)應(yīng)接地良好，有一種不須要接地的靜電環(huán)防靜電的效果不好，建議不使用配帶該種產(chǎn)品，如果工作人員違反操作規(guī)程，則應(yīng)接受相應(yīng)的警示教育，同時(shí)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(zhì)有關(guān)，秋冬季黑夜我們脫衣服就很容易看見衣服之間的放電現(xiàn)象，這種靜電放電的電壓就有三千伏。

而碳化硅襯底芯片的ESD值只有1100伏，藍(lán)寶石襯底芯片的ESD值就更低，只有500—600伏。一個(gè)好的芯片或LED，如果我們用手去拿(身體未作任何防護(hù)措施)，其結(jié)果就可想而知了，芯片或LED將受到不同程度的損害，有時(shí)一個(gè)好的器件經(jīng)過(guò)我們的手就莫名其妙的壞了，這就是靜電惹的禍。

封裝企業(yè)如果不嚴(yán)格按接地規(guī)程辦事，吃虧的是企業(yè)自己，將造成產(chǎn)品合格率下降，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同樣應(yīng)用LED的企業(yè)如果設(shè)備和人員接地不良的話也會(huì)造成LED的損壞，返工在所難免。

按照LED標(biāo)準(zhǔn)使用手冊(cè)的要求，LED的引線距膠體應(yīng)不少于3—5毫米，進(jìn)行彎腳或焊接，但大多數(shù)應(yīng)用企業(yè)都沒有做到這一點(diǎn)，而只是相隔一塊PCB板的厚度(≤2毫米)就直接焊接了，這也會(huì)對(duì)LED造成損害或損壞，因?yàn)檫^(guò)高的焊接溫度會(huì)對(duì)芯片產(chǎn)生影響，會(huì)使芯片特性變壞，降低發(fā)光效率，甚至損壞LED，這種現(xiàn)象屢見不鮮。有些小企業(yè)采用手工焊接，使用40瓦普通烙鐵，焊接溫度無(wú)法控制，烙鐵溫度在300—400℃以上，過(guò)高的焊接溫度也會(huì)造成死燈，LED引線在高溫下膨脹系數(shù)比在150℃左右的膨脹系數(shù)高好幾倍，內(nèi)部的金絲焊點(diǎn)會(huì)因?yàn)檫^(guò)大的熱脹冷縮將焊接點(diǎn)拉開，造成死燈現(xiàn)象。

2. LED燈內(nèi)部連線焊點(diǎn)開路造成死燈現(xiàn)象的原因分析

2.1 封裝企業(yè)生產(chǎn)工藝不建全，來(lái)料檢驗(yàn)手段落后，是造成LED死燈的直接原因

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(jīng)精密模具沖壓而成，由于銅材較貴，成本自然就高，受市場(chǎng)激烈竟?fàn)幰蛩赜绊?，為了降低制造成本，市?chǎng)大多都采用冷軋低碳鋼帶來(lái)沖壓LED支架徘，鐵的支架排要經(jīng)過(guò)鍍銀，鍍銀有兩個(gè)作用，一是為了防止氧化生銹，二是方便焊接，支架排的電鍍質(zhì)量非常關(guān)鍵，它關(guān)系到LED的壽命，在電鍍前的處理應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，除銹、除油、磷化等工序應(yīng)一絲不茍，電鍍時(shí)要控制好電流，鍍銀層厚度要控制好，鍍層太厚成本高，太薄影響質(zhì)量。

因?yàn)橐话愕腖ED封裝企業(yè)都不具備檢驗(yàn)支架排電鍍質(zhì)量的能力，這就給了一些電鍍企業(yè)有機(jī)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(yè)IQC對(duì)支架排檢驗(yàn)手段欠缺，沒有檢測(cè)支架排鍍層厚度和牢度的儀器，所以較容易蒙混過(guò)關(guān)。筆者見過(guò)有些支架排放在倉(cāng)庫(kù)里幾個(gè)月后就生銹了，不要說(shuō)使用了，可見電鍍的質(zhì)量有多差。用這樣的支架排做出來(lái)的產(chǎn)品是肯定用不長(zhǎng)久的，不要說(shuō)3—5萬(wàn)小時(shí)，1萬(wàn)小時(shí)都成問(wèn)題。原因很簡(jiǎn)單每年都有一段時(shí)間的南風(fēng)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(huì)因鍍銀層太薄附著力不強(qiáng)，焊點(diǎn)與支架脫離，造成死燈現(xiàn)象。這就是我們碰到的使用得好好的燈不亮了，其實(shí)就是內(nèi)部焊點(diǎn)與支架脫離了。

2.2 封裝過(guò)程中每一道工序都必須認(rèn)真操作，任何一個(gè)環(huán)節(jié)疏忽都是造成死燈的原因

在點(diǎn)、固晶工序，銀膠(對(duì)于單焊點(diǎn)芯片)點(diǎn)得多與少都不行，多了膠會(huì)返到芯片金墊上，造成短路，少了芯片又粘不牢。雙焊點(diǎn)芯片點(diǎn)絕緣膠也是一樣，點(diǎn)多了絕緣膠會(huì)返上芯片的金墊上，造成焊接時(shí)的虛焊因而產(chǎn)生死燈。點(diǎn)少了芯片又粘不牢，所以點(diǎn)膠必須恰到好處，既不能多也不能少。焊接工序也很關(guān)鍵，金絲球焊機(jī)的壓力、時(shí)間、溫度、功率四個(gè)參數(shù)的配合都要恰到好處，除了時(shí)間固定外，其它三個(gè)參數(shù)是可調(diào)的，壓力的調(diào)節(jié)應(yīng)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(diào)節(jié)在280℃為好，功率的調(diào)節(jié)是指超聲波功率調(diào)節(jié)，太大、太小都不好，以適中為度，總之，金絲球焊機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，以焊接好的材料，用彈簧力矩測(cè)試計(jì)檢測(cè)≥6克，即為合格。每年都要對(duì)金絲球焊機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)性檢測(cè)和校正，確保焊接參數(shù)處在最佳狀態(tài)。另外焊線的弧度也有要求，單焊點(diǎn)芯片的弧高為1.5-2個(gè)芯片厚度，雙焊點(diǎn)芯片弧高為2-3個(gè)芯片厚度，弧度的高低也會(huì)引起LED的質(zhì)量問(wèn)題，弧高太低容易造成焊接時(shí)的死燈現(xiàn)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(jī)將LED引線加熱到200-300℃，移開打火機(jī)，用3伏扣式電池按正、負(fù)極連接LED，如果此時(shí)LED燈能點(diǎn)亮，但隨著引線溫度降低LED燈由亮變?yōu)椴涣?，這就證明LED燈是虛焊。加熱能點(diǎn)亮的理由是利用了金屬熱脹冷縮的原理，LED引線加熱時(shí)膨脹伸長(zhǎng)與內(nèi)部焊點(diǎn)接通，此時(shí)接通電源，LED就能正常發(fā)光，隨著溫度下降LED引線收縮回復(fù)到常溫狀態(tài)，與內(nèi)部焊點(diǎn)斷開，LED燈就點(diǎn)不亮了，這種方法屢試都是靈驗(yàn)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(diǎn)的焊接情況，就可以找出是一焊還是二焊的問(wèn)題，是金絲球焊機(jī)那個(gè)參數(shù)設(shè)置不對(duì)，還是其它原因，以便改進(jìn)方法和工藝，防止虛焊的現(xiàn)象再次發(fā)生。

使用LED產(chǎn)品的用戶也會(huì)碰到死燈的現(xiàn)象，這就是LED產(chǎn)品使用一段時(shí)間后，發(fā)生死燈現(xiàn)象，死燈有兩種原因，開路性死燈是焊接質(zhì)量不好，或支架電鍍的質(zhì)量有問(wèn)題，LED芯片漏電流增大也會(huì)造成LED燈不亮?，F(xiàn)在很多LED產(chǎn)品為了降低成本沒有加抗靜電保護(hù)，所以容易出現(xiàn)被感應(yīng)靜電損壞芯片的現(xiàn)象。下雨天打雷容易出現(xiàn)供電線路感應(yīng)高壓靜電，以及供電線路疊加的尖峰脈沖，都會(huì)使LED產(chǎn)品遭受不同程度的損壞。

總之發(fā)生死燈的原因有很多，不能一一列舉，從封裝、應(yīng)用、到使用各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)死燈現(xiàn)象，如何提高LED產(chǎn)品的質(zhì)量，是封裝企業(yè)以及應(yīng)用企業(yè)要高度重視和認(rèn)真研究的問(wèn)題，從芯片、支架挑選，到LED封裝整個(gè)工藝流程都要按照ISO2000質(zhì)量體系來(lái)進(jìn)行運(yùn)作。只有這樣LED的產(chǎn)品質(zhì)量才可能全面的提高，才能做到長(zhǎng)壽命、高可靠。在應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)上，選擇壓敏電阻和PPTC元件完善保護(hù)電路，增多并聯(lián)路數(shù)，采用恒流開關(guān)電源，增設(shè)溫度保護(hù)都是提高LED產(chǎn)品可靠性的有效措施。只要封裝、應(yīng)用的企業(yè)嚴(yán)格按照ISO2000質(zhì)量體系來(lái)運(yùn)作，就一定能使LED的產(chǎn)品質(zhì)量上一個(gè)新臺(tái)階。