你知道常見(jiàn)的LED芯片失效和封裝失效的原因有哪些嗎？

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來(lái)各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟悺?

在過(guò)去的十年中，LED照明和背光技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。作為公認(rèn)的新一代綠色光源，LED光源已經(jīng)出現(xiàn)在傳統(tǒng)照明等領(lǐng)域，但是LED光源仍然存在許多未解決的問(wèn)題。這些包括一致性差，成本高和可靠性差。主要問(wèn)題是穩(wěn)定性和可靠性。盡管目前預(yù)測(cè)LED光源的壽命超過(guò)50,000小時(shí)。但是，此壽命是指理論壽命，即光源在25°C下的壽命。在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)遇到高溫高濕等惡劣環(huán)境，這會(huì)放大LED光源的缺陷，加速材料的老化，并導(dǎo)致LED光源迅速失效。

失效模式的物理機(jī)制

LED燈珠是一個(gè)由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)。每個(gè)組件的故障都將導(dǎo)致LED燈珠故障。從發(fā)光芯片到LED燈珠，共有近30種故障模式，如表1所示，LED燈珠的故障模式表。在這里，LED從組成結(jié)構(gòu)上分為芯片和外部封裝兩部分。然后，將LED的故障模式和物理機(jī)制也分為芯片故障和封裝故障進(jìn)行討論。

導(dǎo)致LED芯片故障的主要因素包括靜電，電流和溫度。靜電放電會(huì)釋放瞬時(shí)的超高壓，這會(huì)對(duì)LED芯片造成極大的傷害。 ESD引起的LED芯片故障分為兩種模式：軟故障和硬故障。靜電引起的高電壓/電流會(huì)導(dǎo)致LED芯片短路并變成硬故障模式。 LED芯片短路的原因是電解質(zhì)會(huì)因過(guò)高的電壓而破裂，或者電流密度是由芯片中的電流路徑引起的。

靜電放電的稍低的電壓/電流會(huì)引起LED芯片的軟故障。軟故障通常伴隨著芯片反向泄漏電流的減小，這可能是由于反向電流高而導(dǎo)致的一部分泄漏電流路徑的消失所引起的。與垂直LED芯片相比，靜電對(duì)水平LED芯片的危害更大。因?yàn)樗絃ED芯片的電極在芯片的同一側(cè)，所以靜電產(chǎn)生的瞬間高電壓更可能使芯片上的電極短路，從而導(dǎo)致LED芯片發(fā)生故障。

大電流也會(huì)帶來(lái)LED芯片的故障：一方面，大電流會(huì)帶來(lái)相對(duì)較高的結(jié)溫;另一方面，大電流會(huì)帶來(lái)相對(duì)較高的結(jié)溫。另一方面，具有高動(dòng)能的電子進(jìn)入PN結(jié)將破壞Mg-H鍵和Ga-N鍵。 Mg-H鍵的斷裂將進(jìn)一步激活p層中的載流子，從而使LED芯片在老化開(kāi)始時(shí)具有光功率的上升階段，而Ga-N鍵的斷裂將形成氮空位。氮空位增加了非輻射復(fù)合的可能性，這解釋了該裝置的光功率的衰減。氮空位的形成需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，這是LED芯片緩慢老化的主要原因。

溫度對(duì)LED芯片的影響主要是降低內(nèi)部量子效率并縮短LED芯片的壽命。這是因?yàn)閮?nèi)部量子效率是溫度的函數(shù)。溫度越高，內(nèi)部量子效率越低。同時(shí)，溫度對(duì)材料的時(shí)效影響會(huì)使歐姆接觸和LED芯片內(nèi)部材料的性能變差。另外，高的結(jié)溫使芯片中的溫度分布不均勻，從而引起應(yīng)變，從而降低了內(nèi)部量子效率和芯片的可靠性。

導(dǎo)致LED封裝失效的主要因素包括：溫度，濕度和電壓。

目前，最深入，最廣泛的研究是溫度對(duì)LED封裝可靠性的影響。由于溫度導(dǎo)致LED模塊和系統(tǒng)故障的原因如下：

(1)高溫會(huì)加速包裝材料的降解并降低性能;

(2)結(jié)溫對(duì)LED的性能影響很大。結(jié)溫太高將導(dǎo)致磷光體層燒黑并碳化，從而導(dǎo)致LED的光效率急劇下降或?qū)е聻?zāi)難性故障。另外，由于硅膠與熒光粉顆粒之間的折射率和熱膨脹系數(shù)之間的不匹配，過(guò)高的溫度會(huì)降低熒光粉的轉(zhuǎn)換效率，并且熒光粉的摻入比例越高，則熒光粉的強(qiáng)度越嚴(yán)重。光效率會(huì)降低;

(3)由于包裝材料之間的導(dǎo)熱性不匹配，溫度梯度和溫度分布不均勻，所以在材料內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)裂紋，或者在材料之間的界面可能會(huì)發(fā)生分層。這些裂紋和分層將導(dǎo)致光效率降低。芯片與熒光粉層之間的分層會(huì)降低光提取效率，而熒光粉層與灌封硅膠之間的分層會(huì)降低光提取效率超過(guò)20%。硅膠和基材之間的分層甚至可能導(dǎo)致金線斷裂并導(dǎo)致災(zāi)難性故障。

以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的LED燈回越來(lái)越高效，使用壽命也會(huì)由很大的提升，為我們帶來(lái)更大便利。