中心議題：

• LED主要失效模式分析及其改善

解決方案：

• 采用散熱技術和防靜電技術
• 采用封裝技術和優化製造工藝

LED是一種直接將電能轉換為可見光和輻射能的發光器件，具有耗電量小、發光效率高
、體積小等優點，目前已經逐漸成為了一種新型高效節能產品，並且被廣泛應用於顯示
、照明
、背光等諸多領域。近年來，隨著LED技術的不斷進步
，其發光效率也有了顯著的提升，現有的藍光 LED係統效率可以達到60%；而白光LED的光效已經超過150lm/W
，這些特點都使得LED受到越來越多的關注。
 
目前

，雖然LED的理論壽命可以達到50kh，然而在實際使用中，因為受到種種因素的製約
，LED往往達不到這麼高的理論壽命
，出現了過早失效現象，這大大阻礙了LEDzuoweixinxingjienengxingchanpindeqianjinbufa。weilejiejuezheyiwenti
，henduoxuezheyijingkaizhanlexiangguanyanjiu，bingqiededaoleyixiezhongyaodejielun。benwenjiushizaicijichushang，duizaocheng LED失效的重要因素進行係統性的分析，並且提出一些改善措施，以期望能夠完善LED的實際使用壽命。

一


、LED失效模式

LED失效模式主要有：芯片失效、封裝失效、熱過應力失效
、電過應力失效以及裝配失效，其中尤以芯片失效和封裝失效最為常見。本文將就這幾種主要失效模式，進行詳細的分析。

(1) 芯片失效

芯片失效是指芯片本身失效或其它原因造成芯片失效。造成這種失效的原因往往有很多種：xinpianliewenshiyouyujianhegongyitiaojianbuheshi

，zaochengjiaodadeyingli，suizhereliangjileisuochanshengderejixieyingliyesuizhijiaqiang
，daozhixinpianchanshengweiliewen，gongzuoshizhurudedianliuhuijinyibujiajuweiliewenshizhibuduankuoda，zhizhiqijianwanquanshixiao。qici
，ruguoxinpianyouyuanqubenlaijiuyousunshang，namehuidaozhizaijiadianguochengzhongzhujiantuihuazhizhishixiao，tongyangyehuizaochengdengjuzaishiyongguochengzhongguangshuaiyanzhongzhizhibuliang。zaizhe，ruoxinpianzhanjiegongyibuliang，zaishiyongguochengzhonghuidaozhixinpianzhanjiecengwanquantuolizhanjiemianershideyangpinfashengkailushixiao，tongyangyehuizaochengLED在使用過程中發生“死燈”現象。導致芯片粘結工藝不良的原因

，可能是由於使用的銀漿過期或者暴露時間過長、銀漿使用量過少、固化時間過長
、固晶基麵被汙染等。

(2) 封裝失效

封裝失效是指封裝設計或生產工藝不當導致器件失效。封裝所用的環氧樹脂材料，在使用過程中會發生劣化問題，致使LED的壽命降低。這種劣化問題包括：光透過率
、折射率、膨脹係數
、硬度、透水性、透氣性
、填料性能等，其中尤以光透過率最為重要。有研究表明光的波長越短
，光透過率的劣化越嚴重，但是對於綠光以上波長(即大於560nm)來說
，這種影響並不嚴重。Lumileds2003年曾公布過功率LED白光器件和φ5白光器件的壽命實驗曲線，19kh後，用矽樹脂封裝的功率器件

，光通量仍可維持初始的80%，而用環氧樹脂封裝的對比曲線則表示在6kh後，光通量維持率僅為50%。實驗表明


，在芯片發光效率相同的情況下
，靠近芯片的環氧樹脂明顯變成黃色、繼(ji)而(er)變(bian)成(cheng)褐(he)色(se)。這(zhe)種(zhong)明(ming)顯(xian)的(de)退(tui)化(hua)過(guo)程(cheng)
，主(zhu)要(yao)就(jiu)是(shi)由(you)於(yu)光(guang)照(zhao)以(yi)及(ji)溫(wen)升(sheng)引(yin)起(qi)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)光(guang)透(tou)過(guo)率(lv)的(de)劣(lie)化(hua)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，在(zai)由(you)藍(lan)光(guang)激(ji)發(fa)黃(huang)色(se)熒(ying)光(guang)粉(fen)發(fa)出(chu)白(bai)光(guang)的(de)LED中，封裝透鏡的褐變會影響其反射性
，並且使得發出的藍光不足以激發黃色熒光粉，從而使得光效和光譜分布發生改變。

對於封裝而言，還有一個影響LED壽命的重要因素就是腐蝕。在LED使用中，一般引起腐蝕的主要原因是水汽滲入了封裝材料內部，導致引線變質、PCB銅線鏽蝕；youshi
，suishuiqiyinrudekedongdaodianlizihuizhuliuzaixinpianbiaomian

，congerzaochengloudian。ciwai
，fengzhuangzhiliangbuhaodeqijian，zaiqifengzhuangtineibuhuiyoudaliangdecanliuqipao
，zhexiecanliudeqipaotongyangyehuizaochengqijiandefushi。

(3) 熱過應力失效

溫度一直是影響LED光學性質的重要因素，而在研究LED失效模式的時候
，國內外學者考慮到將工作環境溫度作為加速應力，來進行LED加速壽命實驗。這是因為在LED係統熱阻不變的前提下，封裝引腳焊接點的溫度升高，則結溫也會隨之升高
，從而導致LED提前失效。

 

Hsu等人對不同廠商所提供的LED樣品進行加速壽命實驗，該實驗將LED樣品分別置於80、100、120℃下
，使用3.2V電壓驅動，並且規定當樣品的光功率下降到起始值的50%時
，即判定為失效。圖1實驗結果表明：高功率LED的壽命隨著加速壽命實驗溫度的升高以及加速時間的增加而減小。在加速壽命實驗中
，LED結溫升高會使得環氧樹脂材料發生異變，從而增加了係統的熱阻，使得芯片與封裝之間的受熱表麵發生退化，最終導致封裝失效。
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(4) 電過應力失效

LED若在過電流的情況下使用(EOS)或者靜電衝擊損傷(ESD)了芯片，都會造成芯片開路，形成電過應力失效。例如，GaN是寬禁帶材料.電dian阻zu率lv較jiao高gao。如ru果guo使shi用yong該gai類lei芯xin片pian
，在zai生sheng產chan過guo程cheng中zhong因yin靜jing電dian產chan生sheng的de感gan生sheng電dian荷he不bu易yi消xiao失shi，當dang其qi累lei積ji到dao相xiang當dang的de程cheng度du時shi
，可ke以yi產chan生sheng很hen高gao的de靜jing電dian電dian壓ya，這zhe一yi電dian壓ya一yi旦dan超chao過guo材cai料liao的de承cheng受shou能neng力li，就jiu會hui發fa生sheng擊ji穿chuan現xian象xiang並bing放fang電dian，使shi得de器qi件jian失shi效xiao。

二、改善措施

通過對以上所介紹的LED主要失效模式的分析，可以從中獲悉改善LED在實際使用壽命的技術方法。

(1) 散熱技術

散熱技術一直是影響LED應用的重要環節，如果LED器件不能夠及時散熱
，就會導致芯片的結溫嚴重升高

，繼而發光效率急劇下降，可靠性(如壽命、色移等) 將變壞


；於此同時
，高溫高熱將使LED封裝結構內部產生機械應力，可能進一步引發一係列的可靠性問題[5]。因此
，在製造工藝上
，可以選擇導熱性好的底座，並且使得LED的散熱麵積盡可能的大，從而增加器件的散熱性能。

(2) 防靜電技術

以GaN作為芯片的LED，在使用中存在的一個很大問題就是靜電效應，如果不處理好這一問題
，就會嚴重影響到器件的壽命。因此，在LED設計時
，要充分考慮到防靜電的設計
，以避免器件因為高靜電電壓造成擊穿等失效現象。

(3) 封裝技術

封(feng)裝(zhuang)所(suo)用(yong)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)材(cai)料(liao)，會(hui)因(yin)為(wei)光(guang)照(zhao)以(yi)及(ji)溫(wen)升(sheng)而(er)引(yin)起(qi)其(qi)光(guang)透(tou)過(guo)率(lv)的(de)劣(lie)化(hua)，在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)則(ze)表(biao)現(xian)為(wei)原(yuan)本(ben)透(tou)明(ming)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)材(cai)料(liao)發(fa)生(sheng)褐(he)變(bian)，影(ying)響(xiang)器(qi)件(jian)原(yuan)本(ben)的(de)光(guang)譜(pu)功(gong)率(lv)分(fen)布(bu)。因(yin)此(ci)，在(zai)進(jin)行(xing)LED封裝的時候，我們要嚴格控製固化的溫度，避免在進行封裝的時候，就已經造成了環氧樹脂的提前老化。

另ling一yi方fang麵mian
，為wei了le防fang止zhi器qi件jian發fa生sheng腐fu蝕shi現xian象xiang
，在zai選xuan擇ze透tou明ming性xing好hao的de封feng裝zhuang材cai料liao的de同tong時shi，要yao注zhu意yi注zhu塑su過guo程cheng中zhong，盡jin量liang排pai幹gan淨jing材cai料liao內nei部bu的de氣qi泡pao，以yi減jian小xiao水shui氣qi的de殘can留liu量liang，降jiang低di器qi件jian發fa生sheng腐fu蝕shi的de幾ji率lv。

(4) 優化製造工藝

LEDzhizaoguochengzhongxuyaoheshidejianhetiaojian，ruojianheguodajianghuiyashangxinpian，fanzhizehuizaochengqijiandejianheqiangdubuzu
，shideqijianrongyituosong。yinci，zaibaozhengqijianjianheqiangdudetongshi，xuyaojinliangjiangdijianhegongyiduixinpianzaochengdesunshang
，yidadaoyouhuajianhegongyidemude。

在進行芯片的粘接時，要求控製溫度和時間在合適的範圍之內
，使得焊料達到致密，無空洞，殘餘應力小等工藝要求。

(5) 合理篩選

在LED出廠前，可以增加一道篩選工藝，就是對其中的一些樣品進行合理的老化和篩選試驗，剔除一些可能發生提前失效的器件，以降低LED在實際使用中的提前失效現象。

結論

綜上所述，盡管LED具有很高的理論壽命
，但是在實際使用過程中，受芯片
、封裝
、應力等因素的影響
，使用時間遠遠不能達到所預期的理論值。為了確實提高 LED的壽命
，無論是在製造工藝上，還是在應用層麵上
，都需要更進一步的研究、探索和實踐。隨著LED技術的不斷發展，必定還會有新的問題不斷浮現。但是隻要能夠掌握LED失效的根本原因，就能在實踐中確實改善 LED器件的性能，將這種新型光源推廣到應用領域的前端，更好地服務於生產和生活。