LED死灯原因分析探讨
中心议题：
- 静电对LED芯片造成损伤
- 死灯现象的原因分析
- 鉴别虚焊死灯的方法
- 做好防静电措施
- 焊接工序也很关键
其一,LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯点不亮,这种情况一般不会影响其它的LED灯的工作；
其二,LED灯的内部连接引线断开,造成LED无电流通过而产生死灯,这种情况会影响其它的LED灯的正常工作,原因是由于LED灯工作电压低(红黄橙LED工作电压1.8V—2.2V,蓝绿白LED工作电压2.8—3.2V),一般都要用串、并联来联接,来适应不同的工作电压,串联的LED灯越多影响越大,只要其中有一个LED灯内部连线开路,将造成该串联电路的整串LED灯不亮,可见这种情况比第一种情况要严重的多。
LED死灯是影响产品质量、可靠性的关健,如何减少和杜绝死灯,提高产品质量和可靠性,是封装、应用企业需要解决的关键问题。下面是对造成死灯的一些原因作一些分析探讨,
1.静电对LED芯片造成损伤,使LED芯片的PN结失效,漏电流增大,变成一个电阻
静电是一种危害极大的魔鬼,全世界因为静电损坏的电子元器件不计其数,造成数千万美元的经济损失。所以防止静电损坏电子元器件,是电子行业一项很重要的工作,LED封装、应用的企业千万不要掉以轻心。任何一个环节出问题,都将造成对LED的损害,使LED性能变坏甚至失效。我们知道人体(ESD)静电可以达到三千伏左右,足可以将LED芯片击穿损坏,在LED封装生产线,各类设备的接地电阻是否符合要求,这也是很重要的,一般要求接地电阻为4欧姆,有些要求高的场合其接地电阻甚至要达到≤2欧姆。
这些要求都为电子行业的人们所熟悉,关健是在实际执行时是否到位,是否有记录。据笔者了解一般的民营企业,防静电措施做得并不到位,这就是大多数企业查不到接地电阻的测试记录,即使做了接地电阻测试也是一年一次,或几年一次,或有问题时检查一下接地电阻,殊不知接地电阻测试这是一项很重要的工作,每年至少4次(每季度测试一次),一些要求高的地方,每月就要作一次接地电阻测试。
土壤电阻会随着季节的变化而不同,春夏天雨水多,土壤湿接地电阻较容易达到,秋冬季干燥土壤水分少,接地电阻就有可能超过规定数值,作记录是为了保存原始数据,做到日后有据可查。符合ISO2000质量管理体系。测试接地电阻可以自行设计表格,接地电阻测试封装企业、LED应用企业都要做,只要将各种设备名称填于表格内,测出各设备的接地电阻记录在案,测试人签名即可存档。
人体静电对LED的损害也是很大的,工作时应穿防静电服装,配带静电环,静电环应接地良好,有一种不须要接地的静电环防静电的效果不好,建议不使用配带该种产品,如果工作人员违反操作规程,则应接受相应的警示教育,同时也起到告示他人的作用。人体带静电的多少,与人穿的不同面料衣服、及各人的体质有关,秋冬季黑夜我们脱衣服就很容易看见衣服之间的放电现象,这种静电放电的电压就有三千伏。
而碳化硅衬底芯片的ESD值只有1100伏,蓝宝石衬底芯片的ESD值就更低,只有500—600伏。一个好的芯片或LED,如果我们用手去拿(身体未作任何防护措施),其结果就可想而知了,芯片或LED将受到不同程度的损害,有时一个好的器件经过我们的手就莫名其妙的坏了,这就是静电惹的祸。
封装企业如果不严格按接地规程办事,吃亏的是企业自己,将造成产品合格率下降,减少企业的经济效益,同样应用LED的企业如果设备和人员接地不良的话也会造成LED的损坏,返工在所难免。按照LED标准使用手册的要求,LED的引线距胶体应不少于3—5毫米,进行弯脚或焊接,但大多数应用企业都没有做到这一点,而只是相隔一块PCB板的厚度(≤2毫米)就直接焊接了,这也会对LED造成损害或损坏,因为过高的焊接温度会对芯片产生影响,会使芯片特性变坏,降低发光效率,甚至损坏LED,这种现象屡见不鲜。有些小企业采用手工焊接,使用40瓦普通烙铁,焊接温度无法控制,烙铁温度在300—400℃以上,过高的焊接温度也会造成死灯,LED引线在高温下膨胀系数比在150℃左右的膨胀系数高好几倍,内部的金丝焊点会因为过大的热胀冷缩将焊接点拉开,造成死灯现象。
2.LED灯内部连线焊点开路造成死灯现象的原因分析
2.1封装企业生产工艺不建全,来料检验手段落后,是造成LED死灯的直接原因
一般采用支架排封装的LED,支架排是采用铜或铁金属材料经精密模具冲压而成,由于铜材较贵,成本自然就高,受市场激烈竟争因素影响,为了降低制造成本,市场大多都采用冷轧低碳钢带来冲压LED支架徘,铁的支架排要经过镀银,镀银有两个作用,一是为了防止氧化生锈,二是方便焊接,支架排的电镀质量非常关键,它关系到LED的寿命,在电镀前的处理应严格按操作规程进行,除锈、除油、磷化等工序应一丝不苟,电镀时要控制好电流,镀银层厚度要控制好,镀层太厚成本高,太薄影响质量。
因为一般的LED封装企业都不具备检验支架排电镀质量的能力,这就给了一些电镀企业有机可乘,使电镀的支架排镀银层减薄,减少成本支出,一般封装企业IQC对支架排检验手段欠缺,没有检测支架排镀层厚度和牢度的仪器,所以较容易蒙混过关。笔者见过有些支架排放在仓库里几个月后就生锈了,不要说使用了,可见电镀的质量有多差。用这样的支架排做出来的产品是肯定用不长久的,不要说3—5万小时,1万小时都成问题。
原因很简单每年都有一段时间的南风天,这样的天气空气中湿度大,很容易造成电镀差的金属件生绣,使LED元件失效。即使封装了的LED也会因镀银层太薄附着力不强,焊点与支架脱离,造成死灯现象。这就是我们碰到的使用得好好的灯不亮了,其实就是内部焊点与支架脱离了。
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2.2封装过程中每一道工序都必须认真操作,任何一个环节疏忽都是造成死灯的原因
在点、固晶工序,银胶(对于单焊点芯片)点得多与少都不行,多了胶会返到芯片金垫上,造成短路,少了芯片又粘不牢。双焊点芯片点绝缘胶也是一样,点多了绝缘胶会返上芯片的金垫上,造成焊接时的虚焊因而产生死灯。点少了芯片又粘不牢,所以点胶必须恰到好处,既不能多也不能少。
焊接工序也很关键,金丝球焊机的压力、时间、温度、功率四个参数的配合都要恰到好处,除了时间固定外,其它三个参数是可调的,压力的调节应适中,压力大容易压碎芯片,太小则容易虚焊。焊接温度一般调节在280℃为好,功率的调节是指超声波功率调节,太大、太小都不好,以适中为度,总之,金丝球焊机各项参数的调节,以焊接好的材料,用弹簧力矩测试计检测≥6克,即为合格。
每年都要对金丝球焊机各项参数进性检测和校正,确保焊接参数处在最佳状态。另外焊线的弧度也有要求,单焊点芯片的弧高为1.5-2个芯片厚度,双焊点芯片弧高为2-3个芯片厚度,弧度的高低也会引起LED的质量问题,弧高太低容易造成焊接时的死灯现象,弧高太大则抗电流冲击差。
3.鉴别虚焊死灯的方法
将不亮的LED灯用打火机将LED引线加热到200-300℃,移开打火机,用3伏扣式电池按正、负极连接LED,如果此时LED灯能点亮,但随着引线温度降低LED灯由亮变为不亮,这就证明LED灯是虚焊。加热能点亮的理由是利用了金属热胀冷缩的原理,LED引线加热时膨胀伸长与内部焊点接通,此时接通电源,LED就能正常发光,随着温度下降LED引线收缩回复到常温状态,与内部焊点断开,LED灯就点不亮了,这种方法屡试都是灵验的。
将这种虚焊的死灯两引线焊在一根金属条上,用较浓的硫酸浸泡,使LED外部胶体溶解,胶体全部溶解后取出,在放大镜或显微镜下观察各焊点的焊接情况,就可以找出是一焊还是二焊的问题,是金丝球焊机那个参数设置不对,还是其它原因,以便改进方法和工艺,防止虚焊的现象再次发生。
使用LED产品的用户也会碰到死灯的现象,这就是LED产品使用一段时间后,发生死灯现象,死灯有两种原因,开路性死灯是焊接质量不好,或支架电镀的质量有问题,LED芯片漏电流增大也会造成LED灯不亮。现在很多LED产品为了降低成本没有加抗静电保护,所以容易出现被感应静电损坏芯片的现象。下雨天打雷容易出现供电线路感应高压静电,以及供电线路叠加的尖峰脉冲,都会使LED产品遭受不同程度的损坏。
总之发生死灯的原因有很多,不能一一列举,从封装、应用、到使用各个环节都有可能出现死灯现象,如何提高LED产品的质量,是封装企业以及应用企业要高度重视和认真研究的问题,从芯片、支架挑选,到LED封装整个工艺流程都要按照ISO2000质量体系来进行运作。只有这样LED的产品质量才可能全面的提高,才能做到长寿命、高可靠。在应用的电路设计上,选择压敏电阻和PPTC元件完善保护电路,增多并联路数,采用恒流开关电源,增设温度保护都是提高LED产品可靠性的有效措施。只要封装、应用的企业严格按照ISO2000质量体系来运作,就一定能使LED的产品质量上一个新台阶。
2封装过程中每一道工序都必须认真操作,任何一个环节疏忽都是造成死灯的原因
在点、固晶工序,银胶(对于单焊点芯片)点得多与少都不行,多了胶会返到芯片金垫上,造成短路,少了芯片又粘不牢。双焊点芯片点绝缘胶也是一样,点多了绝缘胶会返上芯片的金垫上,造成焊接时的虚焊因而产生死灯。点少了芯片又粘不牢,所以点胶必须恰到好处,既不能多也不能少。焊接工序也很关键,金丝球焊机的压力、时间、温度、功率四个参数的配合都要恰到好处,除了时间固定外,其它三个参数是可调的,压力的调节应适中,压力大容易压碎芯片,太小则容易虚焊。焊接温度一般调节在280℃为好,功率的调节是指超声波功率调节,太大、太小都不好,以适中为度,总之,金丝球焊机各项参数的调节,以焊接好的材料,用弹簧力矩测试计检测≥6克,即为合格。每年都要对金丝球焊机各项参数进性检测和校正,确保焊接参数处在最佳状态。另外焊线的弧度也有要求,单焊点芯片的弧高为1.5-2个芯片厚度,双焊点芯片弧高为2-3个芯片厚度,弧度的高低也会引起LED的质量问题,弧高太低容易造成焊接时的死灯现象,弧高太大则抗电流冲击差。
3.鉴别虚焊死灯的方法
将不亮的LED灯用打火机将LED引线加热到200-300℃,移开打火机,用3伏扣式电池按正、负极连接LED,如果此时LED灯能点亮,但随着引线温度降低LED灯由亮变为不亮,这就证明LED灯是虚焊。加热能点亮的理由是利用了金属热胀冷缩的原理,LED引线加热时膨胀伸长与内部焊点接通,此时接通电源,LED就能正常发光,随着温度下降LED引线收缩回复到常温状态,与内部焊点断开,LED灯就点不亮了,这种方法屡试都是灵验的。将这种虚焊的死灯两引线焊在一根金属条上,用较浓的硫酸浸泡,使LED外部胶体溶解,胶体全部溶解后取出,在放大镜或显微镜下观察各焊点的焊接情况,就可以找出是一焊还是二焊的问题,是金丝球焊机那个参数设置不对,还是其它原因,以便改进方法和工艺,防止虚焊的现象再次发生。
使用LED产品的用户也会碰到死灯的现象,这就是LED产品使用一段时间后,发生死灯现象,死灯有两种原因,开路性死灯是焊接质量不好,或支架电镀的质量有问题,LED芯片漏电流增大也会造成LED灯不亮。现在很多LED产品为了降低成本没有加抗静电保护,所以容易出现被感应静电损坏芯片的现象。下雨天打雷容易出现供电线路感应高压静电,以及供电线路叠加的尖峰脉冲,都会使LED产品遭受不同程度的损坏。
总之发生死灯的原因有很多,不能一一列举,从封装、应用、到使用各个环节都有可能出现死灯现象,如何提高LED产品的质量,是封装企业以及应用企业要高度重视和认真研究的问题,从芯片、支架挑选,到LED封装整个工艺流程都要按照ISO2000质量体系来进行运作。只有这样LED的产品质量才可能全面的提高,才能做到长寿命、高可靠。在应用的电路设计上,选择压敏电阻和PPTC元件完善保护电路,增多并联路数,采用恒流开关电源,增设温度保护都是提高LED产品可靠性的有效措施。只要封装、应用的企业严格按照ISO2000质量体系来运作,就一定能使LED的产品质量上一个新台阶。
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