LED可靠性+失效分析 發布時間:2021-09-24 14:20:31
目前,國內不少廠家在生產燈具后僅僅對燈具進行簡單的老化測試后出貨,顯然這是無法檢驗出LED的壽命期的失效情況,同時無法保證產品的質量,因此后期可能會有不少的客戶退貨返修。也有部分廠家對燈具做高溫、濕度相關的可靠性試驗,對失效的產品進行部件或者材料更換,直到通過測試則選用。雖然此模式可以簡單的完成產品的設計,然而未對失效的產品的失效根本原因進行分析,對此后的技術發展有很大的阻礙作用。
失效分析工作不僅僅在提高可靠性方面有很好的效果,而且有很高的經濟效益。雖然失效分析工作沒有直接產出,但是失效分析結果和反饋糾正措施可顯著縮短研發周期、降低研發成本,提高器件的成品率和可靠性,減少系統試驗和現場使用期間的失效器件。系統試驗和現場使用中發生故障的經濟損失巨大,排除故障的維修費用高昂,而且這種費用隨著可靠性等級的提高而指數上升。
金鑒實驗室可通過各種可靠性試驗的考核以及失效分析手段,暴露和分析組件所隱含的缺陷以及造成缺陷的根本原因,并針對這些原因通過工藝優化、物料控制以及設計進行改進,不斷地改進和提高產品的可靠性與質量,最終獲得符合質量目標的組件和穩定的工藝條件。
金鑒實驗室在LED失效分析方面有豐富的經驗,為國內眾多燈具廠提供LED可靠性檢測和其后的失效分析和技術咨詢。我們有專業的團隊、技術與積累的行業經驗,能夠準確快速的找到可靠性測試或者認證測試后燈具失效的原因。通過失效分析確定LED的失效機制, 在生產工藝以及應用層面進行研究改善,提高LED燈具的可靠性。LED燈具失效模式主要分為芯片失效、封裝失效、高溫失效、過流失效以及裝配失效。通過解剖失效的燈具綜合分析,掌握LED失效的根本原因,才能在實踐中確實提高LED燈具的質量。不少客戶的燈具在老化測試、可靠性試驗后出現LED死燈或者光衰嚴重導致的失效,通過我們找到了失效分析根本原因,從而改進燈具的缺陷,提高燈具的可靠性。
美國“能源之星”規定可靠性指標中,主要規定LED照明燈具壽命3.5萬小時,在全壽命期內色度變化在CIE1976(u,v)中0.007以內。LED燈具壽命和色保持度的指標,從目前來看是很高的,實際上很多LED燈具還達不到這個要求,因為LED燈具所涉及的技術問題很多、很復雜,其中主要是系統可靠性問題,包含LED芯片、封裝器件、驅動電源模塊、散熱和燈具的可靠性。據報道,通過加速壽命試驗LED芯片的壽命一般可達10萬小時以上,甚至幾十萬小時。在LED器件的失效中,約70%以上的LED器件失效是由封裝引起,所以封裝技術對LED器件來說是關鍵技術。盡管LED的理論壽命非常高,但是在實際應用中受封裝、驅動電源模塊、散熱等影響,整燈的壽命遠遠不能達到預期的理論值。
盡管如此,通過LED可靠性試驗可以有效的提高燈具的可靠性??煽啃栽囼瀮热莅煽啃院Y選、壽命試驗、環境試驗。常溫老化試驗是目前最常用到的篩選試驗。通過篩選試驗剔除早起失效的產品,提高產品的使用可靠性。通過加速壽命試驗可以測試LED器件的壽命。LED器件的壽命是判斷LED器件的可靠性的重要指標。所有的可靠性試驗都離不了環境試驗,因此環境試驗是可靠性試驗的重要組成部分,目前環境試驗被認為是確認與改善工業產品質量主要方法。目前,常用于LED環境試驗的有高低溫試驗、溫度循環試驗、冷熱沖擊試驗、濕熱試驗、跌落試驗、鹽霧試驗等。通過模擬實際使用環境檢驗燈具失效情況,對失效原因進行分析后對產品改進提升產品的質量。
LED的失效的統計分布規律呈浴盆狀,可以用來表示LED在整個壽命期間的失效率。
變化曲線看出產品的失效率基本可劃分為三個時期:早期失效期、穩定使用期、損耗失效期。早期失效率較高,但隨著使用時間增加,失效率迅速降低,這階段的失效產生的原因多因設計、材料或者工藝缺陷造成。嚴格工藝操作、加強對原材料、制程檢驗可減少此階段的失效。穩定試用期也為偶然失效期,此階段失效率較低可近似為常數,計算MTBF和可靠度時就采用此階段值。此階段產品失效的主要原因是由于質量缺陷、材料弱點、使用環境等因素所致。在耗損失效期,產品的失效率隨著時間迅速增加,這主要由產品磨損、疲勞、老化以及損耗等原因導致。
案例分析:
客戶送測燈珠在冷熱循環試驗后出現燈珠漏電,經我們分析確定此燈珠的芯片埋孔(Via)下面的Ni-Sn共晶層存在大量空洞,大量空洞使得復雜結構的芯片埋孔應力不均,同時熱傳導性能降低。在芯片通電情況下,熱量聚集導至Ni-Sn共晶層空洞中空氣熱脹冷縮,更加助了芯片埋孔的應力不均,導致芯片GaN層開裂破碎,從而導致PN結短路失效。
案例分析:
客戶送測5050燈珠出現死燈現象。對燈珠的使用材料進行分析,對比正常的封裝膠和失效的封裝膠紅外光譜分析發現,失效封裝膠氫鍵的伸縮峰、C=C、吸收峰都較弱,說明失效封裝膠樹脂成分較高。Si-O-Si吸收峰分裂為兩個強度相近的峰,說明失效封裝膠分子鏈較長,分子鏈柔性下降,交聯密度大,固化程度高。因此,失效燈珠的封裝膠固化過度導致封裝膠與支架剝離扯斷鍵合線導致LED燈珠死燈失效。
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