LED指示灯的常见故障分析

2020-08-17 14:45:00
专猎驾驶员
原创
124
摘要:LED指示灯是由发光二极管制作。是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。

LED指示灯 是由发光二极管制作。是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。

1.引言

爱迪生发明了电灯泡,给整个人类带来了光明。其实人类对于照明新技术、新科技的追求和探索从来就没有停止过。近几年来 , L E D 照 明 技 术 飞 速 发 展 , 流光 异 彩 的 L E D 照 明 灯 饰 装 扮 着 高楼 大 厦 。 广 泛 利 用 在 户 外 照 明灯、交通灯、汽车灯、液晶屏背光源等领域,如2 0 0 8 年北京奥运场 馆 的 部 分 照 明 设 施 将 采 用 L E D产 品 。 二 十 一 世 纪 将 是 属 于 L E D照 明 的 时 代 , 因 为 L E D 产 品 比 传统 照 明 产 品 具 有 以 下 优 点 : 一 、节能,采用3 V~5 V 电源供电; 二、寿 命 长 , 理 论 上 L E D 产 品 可 使用 1 0 万 小 时 ; 三 、 环 保 , 绿 色 产品,没有传统照明产品中的有害

物质汞元素。

2.LED发光二极管简介

L E D 是 L i g h t E m i t t i n g D i o d e 三 个 字 母 的 缩 写 , 中 文简 称 发 光 二 极 管 , L E D 芯 片 一 般由 G a N 、 G a A s 、 G a P 等 化 合 物 组

成 , 其 核 心 为 P N 结 , 所 以 具 有一 般 二 极 体 正 向 导 通 , 反 向 截止、击穿特性,另外还具有发光特性,在正向电压下,芯片晶体内部电子从高能量状态向低能量状态跃迁,将电能转化为光能。L E D 单 管 是 构 成 五 颜 六 色 L E D 照明工程组件的重要元件, L E D 的主 要 材 料 有 L E D 芯 片 、 支 架 、 银胶、金丝、环氧树脂,如图1 所示:

L E D 单 管 失 效 会 给 整 个 L E D

照 明 产 品 造 成 很 大 困 扰 , 因 为L E D 照 明 产 品 大 多 安 装 在 户 外 建筑物、汽车上,维修和更换不方便 , 所 以 L E D 单 管 的 可 靠 性 显 得尤为重要。

3.LED单管失效原因分析

首先我们将键合金线中重要的 五 个 点 定 义 为 A~E 点 , 金 线 第一 焊 点 A 为 球 形 , 球 径 约 是 丝 径的3 - 5 倍,形变好,丝与球同心;第 一 焊 点 一 般 采 用 热 超 声 球 键合,热超声球键合是一种结合超声振动、热和压力形成焊接金球的技术,也是目前半导体封装行业最为流行的键合方式。第二焊点 E 形 状 如 契 形 , 也 很 像 鱼 尾 ,契 形 宽 度 约 是 丝 径 的 3 - 5 倍 , 如图2 所示:

下 面 结 合 本 人 工 作 中 的 经验 , 讨 论 L E D 单 灯 失 效 的 几 种 原因和解决方法:

( 1 ) A 点 接 触 不 好 , 即 焊 线金球与芯片电极之间虚焊, 这种情 况 下 L E D 灯 也 可 能 表 现 为 不 稳定 、 闪 烁 。 焊 球 整 体 从 芯 片 电极 脱 离 , 金 球 和 电 极 之 间 没 有 真正融合,电极表面一般没有残留金, 如图3 所示:

造成虚焊的根本原因为:

①芯片电极脏污、油污、氧化 或 者 芯 片 电 极 划 伤 , 芯 片 的保 存 环 境 显 得 尤 为 重 要 , 芯 片一 般 存 放 于 电 子 干 燥 箱 内 , 温度: 2 0 - 3 0 ℃; 湿度: 0 % - 4 0 % R H , 这样既防止芯片电极氧化,也可避免外界对芯片的擦撞,造成芯片破裂或电极划伤。

②目前芯片电极可分为A u 电极和A l 电极, 芯片电极材料的可焊性不好,也会造成虚焊或者电极难焊线。一般A u 电极用来打金线 , A l 电极用来打铝线,因为同种材料之间的融合性比较好。

③金球焊接参数设置不佳,如压力、功率、时间不够大,可适当修改键合参数,并不断进行小批量生产试验,以获得最佳的焊接效果。

( 2 ) 在金线键合过程中, 焊线拱 丝 设 定 过 高 或 过 低 , 或 劈 刀 磨损过多, 劈刀寿命到达期限, 送线夹异常、太大的烧球电流等等,会导致B 点受损, 这样后续L E D 灯在苛刻条件下应用时容易失效。可以通过循环湿热、温度快速变化、高温高湿试验 , 使不良现象得 到 体 现 。 由 于 环 氧 树 脂 、 L E D

芯片、金线等材料的热膨胀系数不 同 , 在 这 些 苛 刻 的 条 件 下 ,L E D 灯内部的应力变大, 将B 点拉断. 如图4 所示。

( 3 ) 金 线 从 D 点 断 开 也 是 经常 出 现 的 问 题 , D 点 断 开 后 , 在支 架 上 会 有 一 些 残 留 金 。 造 成 D点 断 开 的 原 因 为 : ① 劈 刀 寿 命 到

达 期 限 , 磨 损 过 多 ; 可 以 通 过 更换新劈刀。键合劈刀使用参考寿命 一 般 为 2 0 0 万 点 ; ② 焊 接 时 自动焊线台的焊接参数设置不佳,如焊接时间、焊接压力不足。通过修改焊接参数可以使不良得到改善。另外,第二焊点焊接完成后,在焊点加包银胶,通过银胶与支架的黏结来保护焊点,可以

防止金丝从D 、E 点断开。

( 4 ) 银 胶 与 碗 杯 底 部 的 黏 结性 不 好 , 当 温 度 升 高 时 环 氧 / 银胶膨胀使芯片与碗底导通,而冷却收缩后又与碗底分离而断开,故 L E D 灯 表 现 为 不 稳 定 、 闪 烁 ,加热管脚可恢复正常. 不良根本原因有以下几种:

①银胶材质不好,注意管控银胶来料品质, 如颗粒大小、黏结性能。

②注意银胶的使用和保存条件,银胶一般保存在0 ∽5 ℃的冰箱内,使用前在室温( 2 5 ℃左右)下 回 温 0 . 5 ∽ 1 小 时 , 回 温 后 的银 胶 在 室 温 下 使 用 期 限 为 7 天 ,否则可能会变质,不能再投入使用。另外,使用前也要注意整瓶银 胶 的 生 产 日 期 是 否 已 过 保 质期。

③严格控制银胶的烧结时间和 温 度 , 烧 结 温 度 一 般 为 1 7 0 ±1 0 ℃,烧结时间为6 0 - 7 0 分种。

( 5 ) 反 向 漏 电 流 I R 值 严 重 超规 , 当 I R 值 在 几 十 微 安 甚 至 几百 微 安 时 , L E D 仍 然 可 以 发 光 ,但是如果芯片P N 结已经损伤,随着L E D 使用时间变长,I R 漏电流将逐渐变大,当I R 到达毫安级时L E D 将变暗或不亮, 此时P N 结已被击穿. 可以通过X J 4 8 1 0 半导体特 性 图 示 仪 测 得 L E D 芯 片 的 特 性曲线,如图5 所示:

造成漏电的原因:

①E S D 静电大电流将芯片P N 结击穿;

②误操作 时 外 界 的 大 电 流 将 L E D 芯 片 烧毁 , 如 测 试 时 正 向 电 流 / 电 压 调节 过 大 , 正 负 极 接 反 等 等 ; 在 严重的情况下,芯片表面可能存在烧痕或金丝被烧黑;

③ 对于双电极 芯 片 , 打 线 金 球 过 大 或 偏 移 ,将芯片P 极和N 极短路, 将超出分界线的金球推掉,芯片漏电现象消 失 , 各 项 光 电 参 数 恢 复 正 常 ;

④ 对于单电极芯片,如果固晶时点银胶量过多,将芯片的N 极和P极短路,所以要求银胶高度不超过芯片高度的2 / 3 。

4.结束语

以 上 分 析 了 L E D 单 管 失 效 几种常见的原因, 在L E D 生产和使用过程中尽量避免不良的发生,追查到失效原因后应及时采取相应 对 策 , 从 而 提 高 产 品 的 制 程良 率 , 降 低 L E D 照 明 组 件 的 返 修率。

更多 LED指示灯 内容,请访问 RS欧时电子

专猎驾驶员全部页面底部