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LED作(zuo)為(wei)新(xin)型(xing)節(jie)能(neng)型(xing)產(chan)品(pin)的(de)前(qian)進(jin)步(bu)伐(fa)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)，很(hen)多(duo)學(xue)者(zhe)已(yi)經(jing)開(kai)展(zhan)了(le)相(xiang)關(guan)研(yan)究(jiu)，並(bing)且(qie)得(de)到(dao)了(le)一(yi)些(xie)重(zhong)要(yao)的(de)結(jie)論(lun)。本(ben)文(wen)就(jiu)是(shi)在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，對(dui)造(zao)成(cheng) 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：芯xin片pian裂lie紋wen是shi由you於yu鍵jian合he工gong藝yi條tiao件jian不bu合he適shi，造zao成cheng較jiao大da的de應ying力li，隨sui著zhe熱re量liang積ji累lei所suo產chan生sheng的de熱re機ji械xie應ying力li也ye隨sui之zhi加jia強qiang，導dao致zhi芯xin片pian產chan生sheng微wei裂lie紋wen
，工gong作zuo時shi注zhu入ru的de電dian流liu會hui進jin一yi步bu加jia劇ju微wei裂lie紋wen使shi之zhi不bu斷duan擴kuo大da，直zhi至zhi器qi件jian完wan全quan失shi效xiao。其qi次ci
，如ru果guo芯xin片pian有you源yuan區qu本ben來lai就jiu有you損sun傷shang，那na麼me會hui導dao致zhi在zai加jia電dian過guo程cheng中zhong逐zhu漸jian退tui化hua直zhi至zhi失shi效xiao，同tong樣yang也ye會hui造zao成cheng燈deng具ju在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong光guang衰shuai嚴yan重zhong直zhi至zhi不bu亮liang。再zai者zhe，若ruo芯xin片pian粘zhan結jie工gong藝yi不bu良liang，在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong會hui導dao致zhi芯xin片pian粘zhan結jie層ceng完wan全quan脫tuo離li粘zhan結jie麵mian而er使shi得de樣yang品pin發fa生sheng開kai路lu失shi效xiao，同tong樣yang也ye會hui造zao成chengLED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deLED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；有(you)時(shi)，隨(sui)水(shui)汽(qi)引(yin)入(ru)的(de)可(ke)動(dong)導(dao)電(dian)離(li)子(zi)會(hui)駐(zhu)留(liu)在(zai)芯(xin)片(pian)表(biao)麵(mian)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)漏(lou)電(dian)。此(ci)外(wai)，封(feng)裝(zhuang)質(zhi)量(liang)不(bu)好(hao)的(de)器(qi)件(jian)，在(zai)其(qi)封(feng)裝(zhuang)體(ti)內(nei)部(bu)會(hui)有(you)大(da)量(liang)的(de)殘(can)留(liu)氣(qi)泡(pao)，這(zhe)些(xie)殘(can)留(liu)的(de)氣(qi)泡(pao)同(tong)樣(yang)也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)器(qi)件(jian)的(de)腐(fu)蝕(shi)。

(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

fengzhuangsuoyongdehuanyangshuzhicailiao
，huiyinweiguangzhaoyijiwenshengeryinqiqiguangtouguolvdeliehua，zaishiyongzhongzebiaoxianweiyuanbentoumingdehuanyangshuzhicailiaofashenghebian，yingxiangqijianyuanbendeguangpugonglvfenbu。yinci，zaijinxingLED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。