引言

LED背光燈技術(shù)作為新型下一代綠色光源，尚存在很多沒(méi)有解決的問(wèn)題。其中包括一致性較差、成本較高和可靠性差等問(wèn)題，而在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)遇到高溫、高濕等惡劣環(huán)境，放大LED光源缺陷，加速材料老化，使LED光源快速失效。

本文以LED封裝老化失效為例，通過(guò)x-ray檢測(cè)、光參數(shù)測(cè)試、開(kāi)封檢查、切片分析等方法，分析其失效機(jī)理，并提出改善建議。

一、案例背景

對(duì)LED背光燈條進(jìn)行測(cè)試分析，查找其燈珠光衰暗亮原因。

二、分析過(guò)程

1. 失效復(fù)現(xiàn)

為了觀察失效燈條發(fā)光狀況，對(duì)失效燈條及正常燈條點(diǎn)亮觀察：

失效燈條與正常燈條一同點(diǎn)亮?xí)r，明顯觀察到失效燈條暗亮現(xiàn)象。對(duì)失效燈條單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r，燈條整體暗亮，但暗亮程度不一。

2. 外觀檢查

利用體視顯微鏡對(duì)失效燈條及正常燈條進(jìn)行外觀檢查：

失效燈珠與正常燈珠外觀未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂、破損等異?，F(xiàn)象，但失效燈條較正常燈條存在以下差異：①燈珠封裝膠體黃變；②PCB白油發(fā)黃變色。

以上現(xiàn)象表明，失效燈條服役環(huán)境溫度較高。

圖1. 失效燈條及正常燈條外觀檢查照片

3. X-Ray透視檢查

如圖所示，失效燈條PCB線路完好，未見(jiàn)明顯異常。失效燈條LED燈珠、二極管、電阻等器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，無(wú)異常。

失效燈條與正常燈條內(nèi)部結(jié)構(gòu)未見(jiàn)明顯差異。

圖2. 失效燈條與正常燈條X-Ray透視檢查照片

4. 半導(dǎo)體特性分析

利用半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備，對(duì)失效燈條、正常燈條分別進(jìn)行I-V半導(dǎo)體特性測(cè)試，結(jié)果如下：

（1）對(duì)燈條整體I-V特性測(cè)試時(shí)，失效燈條與正常燈條I-V特性曲線完全重合，無(wú)差異；

（2）對(duì)LED燈珠兩端單獨(dú)測(cè)試時(shí)，失效燈條上所有LED燈珠I-V特性與正常燈珠無(wú)明顯差異。

由以上結(jié)果可知，失效燈條線路連接正常，電子器件功能正常，推測(cè)LED燈珠暗亮與封裝材料透光性有關(guān)。

備注：藍(lán)色曲線為正常樣品實(shí)測(cè)曲線，紅色曲線為失效樣品實(shí)測(cè)曲線。

圖3. 燈條整體I-V特性測(cè)試結(jié)果

備注：藍(lán)色曲線為正常樣品實(shí)測(cè)曲線，紅色曲線為失效樣品實(shí)測(cè)曲線。

圖4. 單顆燈珠I-V特性測(cè)試結(jié)果

5. 單顆燈珠點(diǎn)亮觀察

對(duì)切割后單顆LED燈珠進(jìn)行點(diǎn)亮觀察。

NG燈條上LED11燈珠較其他燈珠相對(duì)偏亮，但亮度明顯低于正常燈珠，點(diǎn)亮現(xiàn)象與失效復(fù)現(xiàn)時(shí)點(diǎn)亮結(jié)果一致，即失效現(xiàn)象與LED燈珠狀態(tài)相關(guān)，與互連電路和其他器件無(wú)關(guān)?？紤]到LED燈珠半導(dǎo)體特性完全一致，說(shuō)明LED燈珠暗亮與封裝材料狀態(tài)存在極大的相關(guān)性。

6. 光參數(shù)測(cè)試

取失效燈條NG和正常燈條OK分別點(diǎn)亮，測(cè)試其光參數(shù)。

測(cè)試結(jié)果顯示：失效燈條與正常燈條主波長(zhǎng)、顯示指數(shù)無(wú)明顯差異，而光通量遠(yuǎn)低于正常燈條，近紅外波段異常凸顯，說(shuō)明失效燈珠的發(fā)熱量較大。

圖5. 失效燈條及正常燈條光譜圖

7. 開(kāi)封觀察

為了確認(rèn)晶元本身是否正常，對(duì)失效燈珠及正常燈珠開(kāi)封，觀察晶元表面狀態(tài)，并借助探針臺(tái)相同電壓條件下點(diǎn)亮失效晶元與正常晶元，觀察晶元發(fā)光狀況。

失效燈珠及正常燈珠開(kāi)封后，晶元表面完好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。（兩者晶元結(jié)構(gòu)不同）

相同電壓條件下，失效燈珠晶元與正常燈珠晶元亮度無(wú)明顯差異，故排除晶元本身異常導(dǎo)致燈珠光衰嚴(yán)重的可能性。

圖6. 失效燈珠及正常燈珠開(kāi)封后觀察照片

圖7. 失效燈珠及正常燈珠開(kāi)封后晶元點(diǎn)亮照片

8. 剖面觀察

為了確認(rèn)LED燈珠封裝膠體及熒光粉老化情況，對(duì)失效燈珠及正常燈珠切片，利用體視顯微鏡、金相顯微鏡及掃描電子顯微鏡分別對(duì)切片后截面進(jìn)行觀察：

失效燈珠切片后發(fā)現(xiàn)以下異常：①封裝膠體整體變暗；②晶元表面封裝膠體老化嚴(yán)重。正常燈珠未發(fā)現(xiàn)封裝膠體老化跡象。

失效燈珠封裝膠體的老化說(shuō)明燈珠服役溫度過(guò)高，燈珠內(nèi)部最高溫度即結(jié)溫，故晶元表面老化程度最高。

圖8. 失效燈珠及正常燈珠切片后截面觀察照片

三、總結(jié)分析

（1）外觀檢查結(jié)果顯示，失效燈珠存在封裝膠體黃變、PCB白油發(fā)黃變色現(xiàn)象，表明失效燈條服役溫度過(guò)高；

（2）半導(dǎo)體特性分析及單顆LED燈珠點(diǎn)亮觀察結(jié)果顯示，失效燈條線路連接正常，電子元器件功能正常，所有燈珠I-V半導(dǎo)體特性正常。

（3）光參數(shù)測(cè)試結(jié)果顯示，失效燈條光通量遠(yuǎn)低于正常燈條，且近紅外光譜異常；

（4）開(kāi)封后，失效燈珠晶元與正常燈珠晶元亮度無(wú)明顯差異，排除晶元本身異常對(duì)燈珠暗亮的影響；

（5）剖面觀察結(jié)果顯示，失效燈珠封裝膠體呈現(xiàn)老化現(xiàn)象，尤其晶元表面封裝膠體老化嚴(yán)重。

四、結(jié)論與建議

綜合以上測(cè)試結(jié)果可知，LED燈珠光衰暗亮的原因?yàn)椋悍庋b膠體受熱老化發(fā)黑，老化后的封裝膠體降低了材料透光性。

改善建議

對(duì)燈條的服役環(huán)境進(jìn)行確認(rèn)，高度懷疑終端產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)存在極大問(wèn)題，并未對(duì)LED結(jié)溫有效管理。

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