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LED失效分析

2015-07-03  瀏覽量:1873
五十路
    該LED射燈在客戶端短期使用,出現比較嚴重的死燈、暗亮、閃爍等失效現象,經初步分析為內部線路接觸不良所致。為查找導致線路接觸不良的根本原因,改善產品質量,現對其進行失效分析。
 
2. 試驗與結果
2.1 外觀檢查
    圖1為客戶提供樣品的典型照片,產品具體電學光學指標為6W/ (220~240)VAC/ (50/60)Hz/ 2700K,外觀檢查均未發現明顯異常。
 
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2.2通電測試 
    如圖2所示,利用客戶提供的LED燈具測試板對其提供的樣品進行通電測試,點亮老化1小時,其中失效樣品均出現死燈、暗亮、閃爍燈異常,正常樣品正常點亮。對LED燈具進行制樣過程中及制樣後(見圖3、4),利用直流電源對LED兩端加12V、限制40mA上限電流進行通電測試,發現失效燈珠均有異常,正常燈珠正常點亮。通電測試時,對部分失效LED燈珠按壓時,死燈LED燈珠能短暫恢復點亮。
 
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2.3 X-Ray透視檢查 
    對失效LED燈珠進行X-Ray透視檢查,可以發現燈珠內部存在鍵合引線斷開、不規則彎曲等現象。
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2.4 顯微檢查
    將失效樣品開封,對其內部結構進行觀察,發現燈珠內部鍵合引線幾乎全部斷裂,斷裂部位集中於B點和D點,少量位於C點(見圖7)。
 
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    需要註意的是,金線來料組織異常、焊線參數不匹配都會對焊線可靠性產生不利影響,但這些不良均不至於導致鍵合引線如此大面積的斷裂。導致這種失效現象的根本原因只可能是使用過程中LED燈珠內應力過大,輔之以上種種不良,才會導致大規模斷線。
導致燈珠內應力過大的原因有三個:超功率使用,壹般表現為過電流;散熱不良,熱阻較大;燈珠材料熱膨脹系數失配。
 
2.5  射燈電源輸出功率測試
    該LED射燈的使用電壓為(220~240)VAC,將外部電源的輸出電壓分別設置為220V和240V,測試LED射燈電源的輸出電流和電壓,測試結果見圖8和圖9。兩者均小於LED燈珠的最大額定參數,射燈電源設計符合LED燈珠的使用條件。
 
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2.6  熱學測試
    利用T3Ster熱瞬態測試儀測試LED燈珠自身的熱阻,測試條件為:室溫25℃;輸入電流300mA。測試結果如圖10所示,此款COB形式的LED燈珠熱阻很小,散熱效果良好。
 
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    為了測試LED射燈正常使用條件下的溫度分布,利用紅外熱像儀對LED射燈進行掃描,掃描結果如圖11所示, 推測實際使用過程中LED燈珠內部的結溫應該處於100℃左右,幾乎可以滿足LED芯片的正常使用。值得壹提的是,LED燈珠與底座之間的界面熱阻較大,不利於熱的傳導。
 
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2.7  CTE匹配度測試
    取5pcs正常燈珠進行冷熱沖擊試驗,將測試之後的LED燈珠點亮老化10分鐘,發現5顆樣品中有4顆出現死燈、閃爍等異常現象,說明此款LED燈珠本身的熱膨脹系數匹配程度較差,無法承受正常使用條件下的高溫。
 
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3. 理論分析
    焊線制程引入的不良不是導致鍵合引線大面積斷裂的主因,導致這種失效現象的根本原因只可能是使用過程中LED燈珠內應力過大,輔之以上種種不良,才會導致大規模斷線。導致燈珠內應力過大的原因有三個:(1)超功率使用,壹般表現為過電流;(2)散熱不良,熱阻較大;(3)燈珠材料熱膨脹系數失配。
(1)對LED射燈恒流電源進行功率檢測,發現該電源參數(輸出功率、輸出電流)遠小於LED燈珠的最大額定參數,射燈電源設計符合LED燈珠的使用條件。
(2)LED燈珠本身的熱阻極小,燈具正常使用條件下的芯片結溫約為100℃,溫度略高,幾乎可以滿足芯片的正常使用。
(3)LED燈珠材料間的熱膨脹系數差異較大,導致溫變過程中的內應力較大,即LED燈珠本身的耐熱性能並不理想。
由以上分析可知,內應力主要來自於材料CTE不匹配,此款燈珠耐熱性較差,所以在不改變設計的前提條件下,該LED燈珠並不適用於此款LED射燈。
 
4. 結論
    LED射燈出現異常的根本原因在於,正常使用條件下的LED燈珠內應力過大,造成燈珠內部鍵合引線大面積斷裂。LED燈珠材料間的熱膨脹系數失配是導致內應力過大的主要原因。建議選擇耐高溫的LED燈珠,或優化設計,減小界面熱阻,提高燈具散熱性能。
 
 5. 參考標準
[1]GJB 548B-2005 方法5003 微電路的失效分析程序
 
作者簡介:
    MTT(美信檢測)是壹家從事材料及零部件品質檢驗、鑒定、認證及失效分析服務的第三方實驗室,網址:www.mttlab.com,聯系電話:400-850-4050。
 

 

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