1.靜電損壞LED芯片,使LED芯片的PN結失效,增加漏電流,變成電阻。
靜電是非常有害的惡魔。全世界因靜電損壞的電子元件不計其數,造成數千萬美元的經濟損失。因此,防止靜電損壞電子元器件是電子行業非常重要的任務,LED封裝應用企業壹定不能掉以輕心。任何壹個環節出現問題都會對LED造成損害,使LED性能變差甚至失效。我們知道人體的靜電(ESD)可以達到三千伏左右,足以擊穿損壞LED芯片。在LED封裝生產線中,各類設備的接地電阻是否符合要求也是非常重要的。壹般要求接地電阻為4歐姆,在壹些要求苛刻的場合,接地電阻甚至達到≤2歐姆。這些要求電子行業的人都很熟悉,關鍵是實際執行時是否到位並有記錄。據筆者了解,壹般民營企業的防靜電措施都不到位,也就是說大部分企業都找不到接地電阻的測試記錄。即使他們壹年做壹次接地電阻測試,或者幾年做壹次,或者出現問題時檢查接地電阻,他們也不知道接地電阻測試是壹項非常重要的工作,壹年至少要做4次(每季度壹次),有些要求高的地方壹個月還要做壹次接地電阻測試。土壤阻力會隨著季節而變化。春夏季雨水較多時容易達到濕接地電阻,秋冬季幹燥土壤水分較少時可能超過規定值。記錄的目的是保存原始數據,以便日後有據可查。符合ISO2000質量管理體系。該表可設計用於測試接地電阻,應由封裝企業和LED應用企業完成。只要在表格中填寫各種設備的名稱,記錄每個設備的接地電阻,並由測試人員簽字,就可以存檔。
人體靜電對LED的傷害也很大。工作時要穿防靜電服,手腕帶、腕帶要接地良好。有壹種腕帶不用接地,防靜電效果不好。建議不要使用該產品。如果工作人員違反操作規程,要接受相應的警示教育,也起到告知他人的作用。人體內靜電的多少與人穿的面料和衣服的不同以及每個人的體質有關。秋冬和夜晚我們脫衣服的時候很容易看到衣服之間的放電現象,而這個靜電放電的電壓是3千伏。碳化矽襯底芯片的ESD值只有1100伏,藍寶石襯底芯片的ESD值更低,只有500-600伏。壹個好的芯片或者LED,如果我們用手拿著(身體沒有采取任何防護措施),結果可想而知。芯片或者LED都會有不同程度的損壞,有時候壹個好好的器件會莫名其妙的從我們手裏壞掉,這就是靜電帶來的災難。
包裝企業如果不嚴格遵循接地氣的規則,吃虧的將是企業自身,降低產品合格率,降低企業經濟效益。如果使用LED的企業設備和人員接地不良,也會造成LED損壞,返工在所難免。根據LED標準手冊的要求,LED的引線離膠體應不小於3-5 mm,並應彎折或焊接。而大多數應用企業都沒有做到這壹點,只是用壹個PCB板的厚度(≤2 mm)直接焊接,也會對LED造成損傷或損壞,因為過高的焊接溫度會影響芯片,使芯片特性變差,發光效率降低,甚至損壞LED。這種現象很普遍。有些小企業用手工焊接,用的是40瓦的普通烙鐵,焊接溫度控制不了。烙鐵溫度在300-400℃以上,過高的焊接溫度也會造成死燈。LED引線在高溫下的膨脹系數比150℃時高出數倍,內部金絲焊點會因為過度的熱脹冷縮而將焊點拉開,產生死燈現象。
2.LED燈焊點開路造成死燈現象的原因分析。
2.1封裝企業生產工藝不完善,來料檢驗手段落後,是導致LED死光的直接原因。
LED支架壹般采用支架排封裝,支架排采用銅或鐵金屬材料,精密模具沖壓而成。因為銅比較貴,成本自然高。由於市場競爭激烈,為了降低制造成本,大部分市場采用冷軋低碳鋼沖壓led支架。鐵支架排需要鍍銀,有兩個作用,壹是防止氧化生銹,二是方便焊接。支架排的電鍍質量很重要。關系到LED的壽命。電鍍前的處理要嚴格按照操作規程進行,除銹、除油、磷化等工序要壹絲不茍。電鍍時要控制好電流,控制好銀鍍層的厚度。塗層太厚和太薄都會影響質量。由於壹般的LED封裝企業不具備對支架排電鍍質量進行檢測的能力,這就給了壹些電鍍企業可乘之機,將電鍍後的支架排鍍銀層做得更薄,降低成本。壹般的包裝企業IQC,缺乏檢測支架排的手段,也沒有檢測支架排厚度和牢度的儀器,所以很容易蒙混過關。我見過有的支架放在倉庫裏幾個月就生銹了,更別說用了,可見電鍍質量有多差。這樣的支架排做出來的產品肯定用不了多久,更何況3-5萬小時,1萬小時都是問題。原因很簡單。每年有壹段時間是南風。這種天氣,空氣中濕度大,容易導致電鍍不好的金屬件繡花,LED元件失效。即使是封裝好的LED也會因為銀鍍層太薄,附著力不強,焊點脫離支架而死。這就是我們遇到的常用燈。實際上,內部焊點與支架是分離的。
2.2包裝過程中的每壹道工序都必須精心操作,任何壹個環節的疏忽都是死光的原因。
在點和管芯鍵合的過程中,不能點多或點少的銀膠(針對單焊點芯片)。太多的膠水會回流到芯片的金墊上,造成短路,沒有芯片就粘不牢。雙焊點芯片絕緣膠也是如此。如果絕緣膠太多,會回流到芯片的金墊上,造成虛焊和死光。沒有芯片就粘不好,所以膠水壹定要恰到好處,不能太多也不能太少。焊接工藝也很重要。金絲球焊機的壓力、時間、溫度、功率四個參數要匹配得當。除了時間固定,其他三個參數都是可調的。壓力調節應該適度。如果壓力大,很容易把芯片壓壞。如果太小,就容易焊錫。壹般焊接溫度調整到280℃比較好,功率的調整是指超聲波功率的調整。太大太小都不好,要適度。簡而言之,用彈簧扭力測試儀檢測被焊材料在6克以上,金絲球焊機各項參數調整合格。金絲球焊機每年都要進行參數測試和修正,確保焊接參數處於最佳狀態。另外,對焊絲的弧度也有要求。單焊點芯片的弧高為1.5-2芯片厚度,雙焊點芯片的弧高為2-3芯片厚度。弧高也會導致LED質量問題。電弧高度過低,焊接時容易出現死燈現象,電弧高度過高,抗電流沖擊能力差。
3.虛擬焊接識別死燈的方法
用打火機將未點亮的LED燈的引線加熱到200-300℃,取下打火機,按正負極給LED接上3伏紐扣電池。如果此時LED燈可以點亮,隨著引線溫度的降低,會由亮變不亮,證明LED燈是虛焊。加熱之所以能點亮,是利用了金屬熱脹冷縮的原理。當LED引線受熱時,膨脹和伸長與內部焊點相連。此時接通電源,LED可以正常發光。當溫度下降時,LED引線收縮到常溫狀態,並與內部焊點斷開,LED燈將不會點亮。這種方法經過反復試驗是有效的。將虛焊死燈的兩根引線焊接在金屬條上,浸泡在濃硫酸中溶解LED外的膠體,待膠體全部溶解後取出。在放大鏡或顯微鏡下觀察每個焊點的焊接情況,可以發現問題是壹焊還是二焊,是金絲球焊機的參數設置不正確還是其他原因,從而改進方法和工藝,防止虛焊現象再次發生。
使用LED產品的用戶也會遇到死燈現象,這是LED產品使用壹段時間後出現的死燈現象。死光有兩個原因。開路死燈是焊接質量差,或者支架電鍍質量有問題,LED芯片漏電流會增大,也會導致LED燈不亮。目前很多LED產品為了降低成本,沒有提供防靜電保護,很容易被感應靜電損壞。雨天打雷容易產生供電線路感應的高壓靜電和疊加在供電線路上的峰值脈沖,會對LED產品造成不同程度的損壞。
總之,死光的原因有很多,不能壹壹列舉。死光可能發生在包裝、應用和使用的各個環節。如何提高LED產品的質量,是封裝企業和應用企業應該高度重視和認真研究的問題。從芯片和支架選擇到LED封裝的整個工藝流程應按照ISO2000質量體系進行操作。只有這樣,才能全面提升LED產品質量,實現長壽命、高可靠性。在應用的電路設計中,選用壓敏電阻和PPTC元件改進保護電路,增加並聯電路數量,采用恒流開關電源,增加溫度保護等都是提高LED產品可靠性的有效措施。只要封裝應用企業嚴格按照ISO2000質量體系運作,LED產品的質量壹定會上壹個新臺階。