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LED电子大屏幕之所以会出现死灯原因竟是它

发布时间:2018-12-12 11:48:46 最后更新:2020-04-13 14:44:12 浏览次数:531

澳门新葡萄京官网在使用一段时间后会出现死灯和虚焊,这段时间有可能是几个月到几年,也有可能是澳门新葡萄京官网厂家在生产时就出现这种问题。可以说死灯和虚焊一直是澳门新葡萄京官网厂家封装SMD不可避免的问题,而LED电子大屏幕之所以会出现死灯原因竟是它。

LED电子大屏幕死灯与LED光源有关,而LED光源的五大物料分别为金钱、芯片、支架、荧光粉、固晶和封装胶。而如果其中任何一项出现问题,都有可能造成澳门新葡萄京官网出现死灯。下面由澳门新葡萄京官网厂家简要分析为何这些因素会导致LED屏出现死灯现象。

金线

金线具有导电率大、导热性好、耐腐蚀、化学稳定性好和韧性好等特点,但金线的价格比较贵,导致封装成本比其他材料的成本要贵几倍甚至几十倍不等。因此,为了中低端市场需求,再加上金、银、铜和铝有较高的导电性能,因此澳门新葡萄京官网厂家使用铜线、铜合金、金包银合金线和银合金线代替金线。

虽然这些代替品在某些特性方面比金线好,但在化学稳定性方面却差很多。例如,银线和金包银合金线容易受到硫、氯、溴化腐蚀,而铜线则容易出现氧化现象。对于吸水透气海绵的封装硅胶而言,这些替代方案使键合线易受到化学腐蚀,光源的可靠性降低,也这是为何LED电子大屏幕使用时间久后,会出现LED灯珠断线死灯的原因。

<strong>LED电子大屏幕</strong>之所以会出现死灯原因竟是它

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对于金线而言,如果打金线的长度是固定的,且金线原材料的直径为原来的一半,那么对打的金线所测的电阻为正常的四分之一。但对于供应商而言,金线的直径越细,其成本越低,在原材料价格不变的情况下,其利润更高。一般而言直径偏差1克金,可以拉制长度26.37m,直径50μm(2 mil)的金线,也可以拉出长度105.49m,直径25μm(1 mil)的金钱。正是由于这些偏差,使得供应商的利润上涨。但对于使用金线封装的澳门新葡萄京官网厂家而言,如果不熟悉原材料,直接使用偷工减料的金线,那么就会使电阻变大,从而熔断电流,降低LED光源使用寿命,这就是为何出现死灯的原因。而1.0mil的金钱使用寿命显然比1.2mil的金线短。

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表面缺陷

金线在拉制过程中,丝材表面会出现缺陷,这个缺陷如果超过线径5%的刻痕、划伤、凸起、裂纹、凹坑和打折等,就会导致电流密度加大,使损伤部分易被烧毁,同时抗机械应力的能力就会降低,造成内引线损伤处断裂。另外,金线表面如果粘有锈蚀、油污和灰尘等,会降低金线与LED芯片之间,金线与支架之间的键合强度,导致死灯现象发生。

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金线的拉断负荷和延伸率都有一定的标准,如果这两者低于标准指数,那么就不能承受树脂封装所产生的冲击。同时,金线的破断力和延伸率对引线键合的质量起到关键性的作用,而具有较高的破断率和延伸率的键合丝显然更有利于键合。而太软的金丝则会导致拱丝下垂、球形不稳定、球颈部容易收缩和金线易断裂。如果是金丝太更则可能导致芯片电极或外延打出坑洞,拱丝弧线控制困难、形成合金困难以及金球颈部断裂。

芯片

LED灯珠的抗静电能力与LED发光芯片有关,而与封装工艺及封装材料基本无关,或是影响很小。LED电子大屏幕如果受静影片响,有可能会造成死灯现象。也就是说LED灯珠的静影片响与LED灯珠两个引脚间距有关,如果LED芯片裸晶的两个电极间距非常小,一般小于一百微米,而LED引脚则是2mm。当静电电荷需要转移时,间距越大,越容易形成大的电位差,也就是高电压。因此,封装后的LED灯珠往往更容易受到静影片响。

LED外延芯片在高温长晶过程中,如果衬底、MOCVD反应腔内残留的沉积物、外围气体和Mo源引入杂质,这些杂质就会渗入磊晶层,阻止氮化镓晶体成核,形成各种各样的外延缺陷,导致外延层表面形成微小坑洞,这些缺陷会严重影响外延片薄膜材料的晶体质量和性能。

在制作LED芯片时有一道关键工序,即残余电极加工,包括清洗、黄光、熔合、蒸镀、化学蚀刻和研磨等,这些会接触到许多化学清洗剂,如果芯片清洗不够干净,会使有害化学物残余。这些残余的有害化学化会在LED通电时,与电极发生电化学反应,导致光衰、发黑、暗亮和死灯等现象。

LED电子大屏幕的芯片受损会直接导致LED失效,因此需要提高LED芯片的可靠性。黄光作业若显影不完全及光罩有破洞会使发光区有残余多出的金属。晶粒在前段制程中,各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等,因此会有晶粒电极刮伤的情况发生。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片,因此会产生夹痕。而芯片电极对焊点的影响包括芯片电极本身蒸镀不牢靠,导致焊线后电极脱落或损伤。芯片存在不当会导致电极表面氧化,表面玷污等。键合表面的轻微污染都有可能会景程两者间的金属原子扩散,造成失效或虚焊现象。而芯片电极本身可焊性差则会导致焊球虚焊。

新结构的LED芯片电极中有一层铝,其作用为在电极中形成一层反射镜以提高芯片出光效率,其次可在一定程度上减少蒸镀电极时黄金的使用量从而降低成本。但铝是一种比较活泼的金属,一旦封装厂来料管控不严,使用含氯超标的胶水,金电极中的铝反射层就会与胶水中的氯发生反应,从而发生腐蚀现象。

LED支架

一般市场上的LED光源主要以铜作为引线框架的基体材料,为防止铜发生氧化现象,一般会在支架的表面上电镀上层银。如果镀银层过薄,在高温条件下,支架易黄变。因此,镀银层的发黄不是镀银层本身引起的,而是受银层下的铜层影响。在高温下,铜原子会扩散、渗透到银层表面,使得银层发黄。铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态,导热和散热性能都会大大的下降。所以镀银层的厚度至关重要。同时,铜和银都易受空气中各种挥发性的硫化物和卤化物等污染物的腐蚀,使其表面发暗变色。有研究表明,变色使其表面电阻增加约20~80%,电能损耗增大,从而使LED的稳定性、可靠性大为降低,甚至导致严重事故。

LED光源怕硫,这是因为含硫的气体会通过其多孔性结构的硅胶或支架缝隙,与光源镀银层发生硫化反应。LED光源出现硫化反应后,产品功能区会黑化,光通量会逐渐下降,色温出现明显漂移;硫化后的硫化银随温度升高导电率增加,在使用过程中,极易出现漏电现象;更严重的状况是银层完全被腐蚀,铜层暴露。由于金线二焊点附着在银层表面,当支架功能区银层被完全硫化腐蚀后,金球出现脱落,从而出现死灯。

LED光源镀银层发黑可能与银氧化有关。但EDS能谱分析等纯元素分析检测手段都不易判定氧化,因为存在于空气环境、样品表面吸附以及封装胶等有机物中的氧元素都会干扰检测结果的判定,因此判定氧化发黑的结论需要使用SEM、EDS、显微红外光谱、XPS等专业检测以及光、电、化学、环境老化等一系列可靠性对比实验,结合专业的检测知识及电镀知识进行综合分析。

镀层质量的优劣主要决定于金属沉积层的结晶组织,一般来说,结晶组织愈细小,镀层也愈致密、平滑、防护性能也愈高。这种结晶细小的镀层称为“微晶沉积层”。好的电镀层应该镀层结晶细致、平滑、均匀、连续,不允许有污染物、化学物残留、斑点、黑点、烧焦、粗糙、针孔、麻点、裂纹、分层、起泡、起皮起皱、镀层剥落、发黄、晶状镀层、局部无镀层等缺陷。

在电镀生产实践中,金属镀层的厚度及镀层的均匀性和完整性是检查镀层质量的重要指标之一,因为镀层的防护性能、孔隙率等都与镀层厚度有直接关系。特变是阴极镀层,随着厚度的增加,镀层的防护性能也随之提高。如果镀层的厚度不均匀,往往其最薄的地方首先被破坏,其余部位镀层再厚也会失去保护作用。镀层的孔隙率较多,氧气等腐蚀性的气体会通过孔隙进入腐蚀铜基体

在电镀过程中会用到各种含有机物的药水,镀银层如果清洗不干净或者选用质量较差以及变质的药水,这些残留的有机物一旦在光源点亮的环境中,在光、热和电的作用下,有机物则可能发生氧化还原等化学反应导致镀银层表面变色。

水口料塑料的材质是LED封装支架导热的关键,如果PPA支架是水口料,会使PPA的塑料性能降低,从而产生以下问题:高温承受能力差,易变形,黄变,反射率变低;吸水率高,支架会因吸水造成尺寸变化及机械强度下降;与金属和硅胶结合性差,比较挑胶,与很多硅胶都不匹配。这些潜在问题,使得灯珠很难使用在稍大的功率上,一旦超出了使用功率范围,初始亮度很高,但衰减很快,没用几个月灯就暗了。

荧光粉

水解氮化物的荧光粉容易水解,失效。

荧光粉自发热的机制,使得荧光粉层的温度往往高于 LED 芯片 p-n 结。其原因是荧光粉的转换效率并不能达到 100%,因此荧光粉吸取的一部分蓝光转化成黄光,在高光能量密度 LED 封装中荧光粉吸取的另一部分光能量则变成了热量。由于荧光粉通常和硅胶掺在一起,而硅胶的热导率非常低,只有 0.16 W/mK,因此荧光粉产生的热量会在较小的局部区域累积,造成局部高温,LED 的光密度越大则荧光粉的发热量越大。当荧光粉的温度达到 450 摄氏度以上是,会使荧光粉颗粒附近的硅胶出现碳化。一旦有某个地方的硅胶出现碳化发黑,其光转化效率更低,该区域将吸取更多 LED 发出的光能量并转化更多的热量,温度继续增加,使得碳化的面积越来越大。

固晶胶

银胶的基体是环氧树脂类材料,热膨胀系数比芯片和支架都大很多,在灯珠的冷热冲击使用环境中,会因为热的问题产生应力,温度变化剧烈的环境中效应将更为加剧,胶体本身有拉伸断裂强度和延展率,当拉力超过时,那么胶体就裂开了。固晶胶的在界面处剥离,散热急剧变差,芯片产生的热不能导出,结温迅速升高,大大加速了光衰的进程。

银胶分层银粉颗粒以悬浮状态分散在浆料体系中,银粉和基体之间由于受到密度差、电荷、凝聚力 、作用力和分散体系的结构等诸多因素的影响,常出现银粉沉降分层现象,如果沉降过快会使产品在挂浆时产生流挂 ,涂层厚薄不均匀 ,乃至影响到涂膜的物化性能,分层也会影响器件的散热、粘接强度和导电性能。

某客户用硅胶封装,导电银胶粘结的垂直倒装光源出现漏电现象,通过对不良灯珠分析。在芯片侧面检测出异常银元素,并可观察到银颗粒从底部正极银胶区域以枝晶状延伸形貌逐渐扩散到芯片上部P-N结侧面附近,因此判定不良灯珠漏电失效极有可能为来自固晶银胶的银离子在芯片侧面发生离子迁移所造成。银离子迁移现象是在在产品使用过程中逐渐形成的,随着迁移现象的加重,最终银离子会导通芯片P-N结,造成芯片侧面存在低电阻通路,导致芯片出现漏电流异常,严重情况下甚至造成芯片短路。银迁移的原因是多方面的,但主要原因是银基材料受潮,银胶受潮后,侵入的水分子使银离子化,并在由下到上垂直方向电场作用下沿芯片侧面发生迁移。因此建议客户慎用硅胶封装、银胶粘结垂直倒装芯片的灯珠,选用金锡共晶的焊接方式将芯片固定在支架上,并加强灯具防水特性检测。

LED封装用有机硅的固化剂含有白金(铂)络合物,而这种白金络合物非常容易中毒,毒化剂是任意一种含氮(N)、磷(P)、硫(S)的化合物,一旦固化剂中毒,则有机硅固化不完全,则会造成线膨胀系数偏高,应力增大。

封装胶

据我们的检测表明,纯硅胶到400度才开始裂解,但是添加了环氧树脂的改性硅胶的耐热性被拉低到环氧树脂的水平,当这种改性硅胶运用到大功率LED或者高温环境中,会出现胶体发黄发黑开裂死灯等现象。

LED封装用有机硅的固化剂含有白金(铂)络合物,而这种白金络合物非常容易中毒,毒化剂是任意一种含氮(N)、磷(P)、硫(S)的化合物,一旦固化剂中毒,则有机硅固化不完全,则会造成线膨胀系数偏高,应力增大。易发生硅胶“中毒”的物质有:含N,P,S等有机化合物;Sn,Pb、Hg、Sb、Bi、As等重金属离子化合物;含有乙炔基等不饱和基的有机化合物。要注意下面这些物料:有机橡胶:硫磺硫化橡胶例如手套;环氧树脂、聚氨酯树脂:胺类、异氰酸脂类固化剂;综合型有机硅RTV橡胶:特别是使用Sn类触媒;软质聚氰乙烯:可塑剂、稳定剂;焊剂,工程塑料:阻燃剂、增强耐热剂、紫外线吸取剂等;镀银,镀金表面(制造时的电镀液是主要原因);Solder register产生的脱气(有机硅加热固化引起)。

在灯珠的冷热冲击使用环境中,会因为热的问题产生应力,温度变化剧烈的环境中效应将更为加剧,胶体本身有拉伸断裂强度和延展率,当拉力超过时,那么胶体就裂开了。

目前国内环氧树脂生产企业普遍生产规模小,管理模式和生产工艺落后,操作机械自动化程度不高,导致环氧树脂的各项参数难以保障。低品质的环氧树脂的生产与我国现状产业现状有关,产业急需升级。环氧树脂中的氯不仅对支架镀银层、合金线或其他活泼金属及芯片电极(铝反射层)造成氯化腐蚀,而且也能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化。氯含量是环氧树脂的一个重要物性指标,它是指环氧树脂中所含氯的质量分数,包括有机氯和无机氯。无机氯会影响固化树脂的电性能。有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量,它含量应尽可能地降低,否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。

以上就是澳门新葡萄京官网厂家简要介绍有关LED电子大屏幕之所以会出现死灯原因竟是它,其死灯的原因包括金线、芯片、LED支架、荧光粉和封装胶五大因素。如果其中任何一个因素受到影响,那么都会导致澳门新葡萄京官网出现死灯现象。因此,澳门新葡萄京官网厂家在购买原材料和封装时一定要注意这些事项,进而降低死灯率和虚焊率。