今天我們就LED死燈為例，來(lái)分析有多少種原因：

　　以失效分析大數(shù)據(jù)顯示，LED死燈的原因可能過(guò)百種，限于時(shí)間，今天我們僅以LED光源為例，從LED光源的五大原物料（芯片、支架、熒光粉、固晶膠、封裝膠和金線）的入手，介紹部分可能導(dǎo)致死燈的原因。

　　芯片

　　01、芯片抗靜電能力差

　　LED燈珠的抗靜電指標(biāo)高低取決于LED發(fā)光芯片本身，與封裝材料預(yù)計(jì)封裝工藝基本無(wú)關(guān)，或者說(shuō)影響因素很小，很細(xì)微；LED燈更容易遭受靜電損傷，這與兩個(gè)引腳間距有關(guān)系，LED芯片裸晶的兩個(gè)電極間距非常小，一般是一百微米以內(nèi)吧，而LED引腳則是兩毫米左右，當(dāng)靜電電荷要轉(zhuǎn)移時(shí)，間距越大，越容易形成大的電位差，也就是高的電壓。所以，封成LED燈后往往更容易出現(xiàn)靜電損傷事故。

　　02、芯片外延缺陷

　　LED外延片在高溫長(zhǎng)晶過(guò)程中，襯底、MOCVD反應(yīng)腔內(nèi)殘留的沉積物、外圍氣體和Mo源都會(huì)引入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)滲入磊晶層，阻止氮化鎵晶體成核，形成各種各樣的外延缺陷，最終在外延層表面形成微小坑洞，這些也會(huì)嚴(yán)重影響外延片薄膜材料的晶體質(zhì)量和性能。

　　03、芯片化學(xué)物殘余

　　電極加工是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨，會(huì)接觸到很多化學(xué)清洗劑，如果芯片清洗不夠干凈，會(huì)使有害化學(xué)物殘余。這些有害化學(xué)物會(huì)在LED通電時(shí)，與電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致死燈、光衰、暗亮、發(fā)黑等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，鑒定芯片化學(xué)物殘留對(duì)LED封裝廠來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

　　04、芯片的受損

　　LED芯片的受損會(huì)直接導(dǎo)致LED失效，因此提高LED芯片的可靠性至關(guān)重要。蒸鍍過(guò)程中有時(shí)需用彈簧夾固定芯片，因此會(huì)產(chǎn)生夾痕。黃光作業(yè)若顯影不完全及光罩有破洞會(huì)使發(fā)光區(qū)有殘余多出的金屬。晶粒在前段制程中，各項(xiàng)制程如清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會(huì)有晶粒電極刮傷的情況發(fā)生。

　　芯片電極對(duì)焊點(diǎn)的影響：芯片電極本身蒸鍍不牢靠，導(dǎo)致焊線后電極脫落或損傷；芯片電極本身可焊性差，會(huì)導(dǎo)致焊球虛焊；芯片存儲(chǔ)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致電極表面氧化，表面玷污等等，鍵合表面的輕微污染都可能影響兩者間的金屬原子擴(kuò)散，造成失效或虛焊。

　　05、新結(jié)構(gòu)工藝的芯片與光源物料的不兼容

　　新結(jié)構(gòu)的LED芯片電極中有一層鋁，其作用為在電極中形成一層反射鏡以提高芯片出光效率，其次可在一定程度上減少蒸鍍電極時(shí)黃金的使用量從而降低成本。但鋁是一種比較活潑的金屬，一旦封裝廠來(lái)料管控不嚴(yán)，使用含氯超標(biāo)的膠水，金電極中的鋁反射層就會(huì)與膠水中的氯發(fā)生反應(yīng)，從而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

　　LED支架

　　06、鍍銀層過(guò)薄

　　市場(chǎng)上現(xiàn)有的LED光源選擇銅作為引線框架的基體材料。為防止銅發(fā)生氧化，一般支架表面都要電鍍上一層銀。如果鍍銀層過(guò)薄，在高溫條件下，支架易黃變。鍍銀層的發(fā)黃不是鍍銀層本身引起的，而是受銀層下的銅層影響。在高溫下，銅原子會(huì)擴(kuò)散、滲透到銀層表面，使得銀層發(fā)黃。銅的可氧化性是銅本身最大的弊病。當(dāng)銅一旦出現(xiàn)氧化狀態(tài)，導(dǎo)熱和散熱性能都會(huì)大大的下降。所以鍍銀層的厚度至關(guān)重要。同時(shí)，銅和銀都易受空氣中各種揮發(fā)性的硫化物和鹵化物等污染物的腐蝕，使其表面發(fā)暗變色。有研究表明，變色使其表面電阻增加約20～80％，電能損耗增大，從而使LED的穩(wěn)定性、可靠性大為降低，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重事故。

　　07、鍍銀層硫化

　　LED光源怕硫，這是因?yàn)楹虻臍怏w會(huì)通過(guò)其多孔性結(jié)構(gòu)的硅膠或支架縫隙，與光源鍍銀層發(fā)生硫化反應(yīng)。LED光源出現(xiàn)硫化反應(yīng)后，產(chǎn)品功能區(qū)會(huì)黑化，光通量會(huì)逐漸下降，色溫出現(xiàn)明顯漂移；硫化后的硫化銀隨溫度升高導(dǎo)電率增加，在使用過(guò)程中，極易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象；更嚴(yán)重的狀況是銀層完全被腐蝕，銅層暴露。由于金線二焊點(diǎn)附著在銀層表面，當(dāng)支架功能區(qū)銀層被完全硫化腐蝕后，金球出現(xiàn)脫落，從而出現(xiàn)死燈。

　　08、鍍銀層氧化

　　金鑒檢測(cè)在接觸的LED發(fā)黑初步診斷的業(yè)務(wù)中發(fā)現(xiàn)硫／氯／溴元素越難越難找了，然而LED光源鍍銀層發(fā)黑跡象明顯，這可能與銀氧化有關(guān)。但EDS能譜分析等純?cè)胤治鰴z測(cè)手段都不易判定氧化，因?yàn)榇嬖谟诳諝猸h(huán)境、樣品表面吸附以及封裝膠等有機(jī)物中的氧元素都會(huì)干擾檢測(cè)結(jié)果的判定，因此判定氧化發(fā)黑的結(jié)論需要使用SEM、EDS、顯微紅外光譜、XPS等專業(yè)檢測(cè)以及光、電、化學(xué)、環(huán)境老化等一系列可靠性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合專業(yè)的檢測(cè)知識(shí)及電鍍知識(shí)進(jìn)行綜合分析。

　　09、電鍍質(zhì)量不佳

　　鍍層質(zhì)量的優(yōu)劣主要決定于金屬沉積層的結(jié)晶組織，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)晶組織愈細(xì)小，鍍層也愈致密、平滑、防護(hù)性能也愈高。這種結(jié)晶細(xì)小的鍍層稱為“微晶沉積層”。金鑒指出，好的電鍍層應(yīng)該鍍層結(jié)晶細(xì)致、平滑、均勻、連續(xù)，不允許有污染物、化學(xué)物殘留、斑點(diǎn)、黑點(diǎn)、燒焦、粗糙、針孔、麻點(diǎn)、裂紋、分層、起泡、起皮起皺、鍍層剝落、發(fā)黃、晶狀鍍層、局部無(wú)鍍層等缺陷。

　　在電鍍生產(chǎn)實(shí)踐中，金屬鍍層的厚度及鍍層的均勻性和完整性是檢查鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，因?yàn)殄儗拥姆雷o(hù)性能、孔隙率等都與鍍層厚度有直接關(guān)系。特變是陰極鍍層，隨著厚度的增加，鍍層的防護(hù)性能也隨之提高。如果鍍層的厚度不均勻，往往其最薄的地方首先被破壞，其余部位鍍層再厚也會(huì)失去保護(hù)作用。

　　鍍層的孔隙率較多，氧氣等腐蝕性的氣體會(huì)通過(guò)孔隙進(jìn)入腐蝕銅基體。

　　10、有機(jī)物污染

　　金鑒還指出，因?yàn)殡婂冞^(guò)程中會(huì)用到各種含有機(jī)物的藥水，鍍銀層如果清洗不干凈或者選用質(zhì)量較差以及變質(zhì)的藥水，這些殘留的有機(jī)物一旦在光源點(diǎn)亮的環(huán)境中，在光、熱和電的作用下，有機(jī)物則可能發(fā)生氧化還原等化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鍍銀層表面變色。

　　11、水口料

　　塑料的材質(zhì)是LED封裝支架導(dǎo)熱的關(guān)鍵，金鑒檢測(cè)發(fā)現(xiàn)如果PPA支架是水口料，會(huì)使PPA的塑料性能降低，從而產(chǎn)生以下問題：高溫承受能力差，易變形，黃變，反射率變低；吸水率高，支架會(huì)因吸水造成尺寸變化及機(jī)械強(qiáng)度下降；與金屬和硅膠結(jié)合性差，比較挑膠，與很多硅膠都不匹配。這些潛在問題，使得燈珠很難使用在稍大的功率上，一旦超出了使用功率范圍，初始亮度很高，但衰減很快，沒用幾個(gè)月燈就暗了。

　　熒光粉

　　12、熒光粉水解

　　氮化物的熒光粉容易水解，失效。

　　13、熒光粉自發(fā)熱的機(jī)制

　　熒光粉自發(fā)熱的機(jī)制，使得熒光粉層的溫度往往高于 LED 芯片 p－n 結(jié)。其原因是熒光粉的轉(zhuǎn)換效率并不能達(dá)到 100％，因此熒光粉吸收的一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化成黃光，在高光能量密度 LED 封裝中熒光粉吸收的另一部分光能量則變成了熱量。由于熒光粉通常和硅膠摻在一起，而硅膠的熱導(dǎo)率非常低，只有 0．16 W／mK，因此熒光粉產(chǎn)生的熱量會(huì)在較小的局部區(qū)域累積，造成局部高溫，LED 的光密度越大則熒光粉的發(fā)熱量越大。當(dāng)熒光粉的溫度達(dá)到 450 攝氏度以上是，會(huì)使熒光粉顆粒附近的硅膠出現(xiàn)碳化。一旦有某個(gè)地方的硅膠出現(xiàn)碳化發(fā)黑，其光轉(zhuǎn)化效率更低，該區(qū)域?qū)⑽崭?LED 發(fā)出的光能量并轉(zhuǎn)化更多的熱量，溫度繼續(xù)增加，使得碳化的面積越來(lái)越大。

　　固晶膠

　　14、銀膠剝離

　　導(dǎo)電銀膠的基體是環(huán)氧樹脂類材料，熱膨脹系數(shù)比芯片和支架都大很多，在燈珠的冷熱沖擊使用環(huán)境中，會(huì)因?yàn)闊岬膯栴}產(chǎn)生應(yīng)力，溫度變化劇烈的環(huán)境中效應(yīng)將更為加劇，膠體本身有拉伸斷裂強(qiáng)度和延展率，當(dāng)拉力超過(guò)時(shí)，那么膠體就裂開了。固晶膠的在界面處剝離，散熱急劇變差，芯片產(chǎn)生的熱不能導(dǎo)出，結(jié)溫迅速升高，大大加速了光衰的進(jìn)程。

　　15、銀膠分層

　　銀粉顆粒以懸浮狀態(tài)分散在漿料體系中，銀粉和基體之間由于受到密度差 、電荷 、凝聚力 、作用力和分散體系的結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，常出現(xiàn)銀粉沉降分層現(xiàn)象，如果沉降過(guò)快會(huì)使產(chǎn)品在掛漿時(shí)產(chǎn)生流掛 ，涂層厚薄不均勻 ，乃至影響到涂膜的物化性能，分層也會(huì)影響器件的散熱、粘接強(qiáng)度和導(dǎo)電性能 。

　　16、銀離子遷移

　　某客戶用硅膠封裝，導(dǎo)電銀膠粘結(jié)的垂直倒裝光源出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，委托金鑒查找原因。金鑒通過(guò)對(duì)不良燈珠分析，在芯片側(cè)面檢測(cè)出異常銀元素，并可觀察到銀顆粒從底部正極銀膠區(qū)域以枝晶狀延伸形貌逐漸擴(kuò)散到芯片上部P－N結(jié)側(cè)面附近，因此金鑒判定不良燈珠漏電失效極有可能為來(lái)自固晶銀膠的銀離子在芯片側(cè)面發(fā)生離子遷移所造成。銀離子遷移現(xiàn)象是在在產(chǎn)品使用過(guò)程中逐漸形成的，隨著遷移現(xiàn)象的加重，最終銀離子會(huì)導(dǎo)通芯片P－N結(jié)，造成芯片側(cè)面存在低電阻通路，導(dǎo)致芯片出現(xiàn)漏電流異常，嚴(yán)重情況下甚至造成芯片短路。銀遷移的原因是多方面的，但主要原因是銀基材料受潮，銀膠受潮后，侵入的水分子使銀離子化，并在由下到上垂直方向電場(chǎng)作用下沿芯片側(cè)面發(fā)生遷移。因此金鑒檢測(cè)建議客戶慎用硅膠封裝、銀膠粘結(jié)垂直倒裝芯片的燈珠，選用金錫共晶的焊接方式將芯片固定在支架上，并加強(qiáng)燈具防水特性檢測(cè)。

　　17、固晶膠不干

　　LED封裝用有機(jī)硅的固化劑含有白金（鉑）絡(luò)合物，而這種白金絡(luò)合物非常容易中毒，毒化劑是任意一種含氮（N）、磷（P）、硫（S）的化合物，一旦固化劑中毒，則有機(jī)硅固化不完全，則會(huì)造成線膨脹系數(shù)偏高，應(yīng)力增大。

　　封裝膠

　　18、膠水耐熱性差

　　據(jù)我們的檢測(cè)表明，純硅膠到400度才開始裂解，但是添加了環(huán)氧樹脂的改性硅膠的耐熱性被拉低到環(huán)氧樹脂的水平，當(dāng)這種改性硅膠運(yùn)用到大功率LED或者高溫環(huán)境中，會(huì)出現(xiàn)膠體發(fā)黃發(fā)黑開裂死燈等現(xiàn)象。

　　19、膠水不干

　　LED封裝用有機(jī)硅的固化劑含有白金（鉑）絡(luò)合物，而這種白金絡(luò)合物非常容易中毒，毒化劑是任意一種含氮（N）、磷（P）、硫（S）的化合物，一旦固化劑中毒，則有機(jī)硅固化不完全，則會(huì)造成線膨脹系數(shù)偏高，應(yīng)力增大。

　　易發(fā)生硅膠“中毒”的物質(zhì)有：含N，P，S等有機(jī)化合物；Sn，Pb、Hg、Sb、Bi、As等重金屬離子化合物；含有乙炔基等不飽和基的有機(jī)化合物。要注意下面這些物料：

　　有機(jī)橡膠：硫磺硫化橡膠例如手套

　　環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂：胺類、異氰酸脂類固化劑

　　綜合型有機(jī)硅RTV橡膠：特別是使用Sn類觸媒

　　軟質(zhì)聚氰乙烯：可塑劑、穩(wěn)定劑

　　焊劑

　　工程塑料：阻燃劑、增強(qiáng)耐熱劑、紫外線吸收劑等

　　鍍銀，鍍金表面（制造時(shí)的電鍍液是主要原因）

　　Solder register產(chǎn)生的脫氣（有機(jī)硅加熱固化引起）

　　20、封裝膠線膨脹系數(shù)過(guò)大

　　在燈珠的冷熱沖擊使用環(huán)境中，會(huì)因?yàn)闊岬膯栴}產(chǎn)生應(yīng)力，溫度變化劇烈的環(huán)境中效應(yīng)將更為加劇，膠體本身有拉伸斷裂強(qiáng)度和延展率，當(dāng)拉力超過(guò)時(shí)，那么膠體就裂開了。

　　21、膠水含氯

　　但目前國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)普遍生產(chǎn)規(guī)模小，管理模式和生產(chǎn)工藝落后，操作機(jī)械自動(dòng)化程度不高，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂的各項(xiàng)參數(shù)難以保障。低品質(zhì)的環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)與我國(guó)現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀有關(guān)，產(chǎn)業(yè)急需升級(jí)。

　　環(huán)氧樹脂中的氯不僅對(duì)支架鍍銀層、合金線或其他活潑金屬及芯片電極（鋁反射層）造成氯化腐蝕，而且也能與胺類固化劑起絡(luò)合作用而影響樹脂的固化。氯含量是環(huán)氧樹脂的一個(gè)重要物性指標(biāo)，它是指環(huán)氧樹脂中所含氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，包括有機(jī)氯和無(wú)機(jī)氯。無(wú)機(jī)氯會(huì)影響固化樹脂的電性能。有機(jī)氯含量標(biāo)志著分子中未起閉環(huán)反應(yīng)的那部分氯醇基團(tuán)的含量，它含量應(yīng)盡可能地降低，否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。

　　為了更高效地防電極氯腐蝕現(xiàn)象，降低整個(gè)行業(yè)的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，金鑒全世界獨(dú)家向LED廠商推出“金鑒無(wú)氯認(rèn)證”的檢測(cè)服務(wù)。“金鑒無(wú)氯認(rèn)證”旨在確認(rèn)LED膠水和芯片是否含有超標(biāo)的氯元素，檢測(cè)精度達(dá)到PPM級(jí)。認(rèn)證報(bào)告內(nèi)容可以在金鑒檢測(cè)網(wǎng)站www．gmatg．com查詢。 有了“金鑒無(wú)氯認(rèn)證”服務(wù)，LED采購(gòu)商可以放心采購(gòu)有“金鑒無(wú)氯認(rèn)證”的原材料，大大降低原材料采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。

　　金線

　　22、銅合金、金包銀合金線、銀合金線材代替金線

　　金線具有電導(dǎo)率大、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、韌性好、化學(xué)穩(wěn)定性極好等優(yōu)點(diǎn)，但金線的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致封裝成本過(guò)高。在元素周期表中，過(guò)渡族金屬元素中金、銀、銅和鋁四種金屬元素具有較高的導(dǎo)電性能。很多LED廠商試圖開發(fā)諸如銅合金、金包銀合金線、銀合金線材來(lái)代替昂貴的金線。雖然這些替代方案在某些特性上優(yōu)于金線，但是在化學(xué)穩(wěn)定性方面卻差很多，比如銀線和金包銀合金線容易受到硫／氯／溴化腐蝕，銅線容易氧化。在類似于吸水透氣海綿的封裝硅膠來(lái)說(shuō)，這些替代方案使鍵合絲易受到化學(xué)腐蝕，光源的可靠性降低，使用時(shí)間長(zhǎng)了，LED燈珠容易斷線死燈。

　　23、直徑偏差

　　1克金，可以拉制出長(zhǎng)度26．37m、直徑50μm（2 mil）的金線，也可以拉制長(zhǎng)度105．49m、直徑25μm（1 mil）的金線。如果打金線長(zhǎng)度都是固定的，如果來(lái)料金線的直徑為原來(lái)的一半，那么對(duì)打的金線所測(cè)電阻為正常的四分之一。

　　金鑒檢測(cè)指出，對(duì)于供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，金線直徑越細(xì)，成本越低，在售價(jià)不變的情況下，利潤(rùn)越高。而對(duì)于使用金線的LED客戶來(lái)說(shuō)，采購(gòu)直徑上偷工減料的金線，會(huì)存在金線電阻升高，熔斷電流降低的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)大大降低LED光源的壽命。1．0 mil的金線壽命，必然比1．2 mil的金線要短，但是封裝廠的簡(jiǎn)單檢測(cè)是測(cè)試不出來(lái)，在此金鑒可以提供金線直徑的來(lái)料檢測(cè)。

　　24、表面缺陷

　?。?）絲材表面應(yīng)無(wú)超過(guò)線徑5％的刻痕、凹坑、劃傷、裂紋、凸起、打折和其他降低器件使用壽命的缺陷。金線在拉制過(guò)程，絲材表面出現(xiàn)的表面缺陷，會(huì)導(dǎo)致電流密度加大，使損傷部位易被燒毀，同時(shí)抗機(jī)械應(yīng)力的能力降低，造成內(nèi)引線損傷處斷裂。

　　（2）金線表面應(yīng)無(wú)油污、銹蝕、塵埃及其他粘附物，這些會(huì)降低金線與LED芯片之間、金線與支架之間的鍵合強(qiáng)度。

　　25、拉斷負(fù)荷和延伸率過(guò)低

　　能承受樹脂封裝時(shí)所產(chǎn)生的沖擊的良好金線必須具有規(guī)定的拉斷負(fù)荷和延伸率。同時(shí)，金線的破斷力和延伸率對(duì)引線鍵合的質(zhì)量起關(guān)鍵作用，具有高的破斷率和延伸率的鍵合絲更利于鍵合。太軟的金絲會(huì)導(dǎo)致以下不良：（1）拱絲下垂；（2）球形不穩(wěn)定；（3）球頸部容易收縮；（4）金線易斷裂。太硬的金絲會(huì)導(dǎo)致以下不良：（1）將芯片電極或外延打出坑洞；（2）金球頸部斷裂；（3）形成合金困難；（4）拱絲弧線控制困難。

　　結(jié)語(yǔ)

　　在列舉這么多原因之后，我們可以歸納結(jié)論，一個(gè)LED死燈簡(jiǎn)單的表象，可能是幾十種原因殊路同歸導(dǎo)致，過(guò)去LED產(chǎn)業(yè)遇到問題后大多蒙和猜，不能夠看出問題本質(zhì)，從根本上解決問題，金鑒這樣專注于LED材料檢測(cè)的公司出來(lái)后，把很多經(jīng)驗(yàn)理論化，通過(guò)分工協(xié)作來(lái)自不同專業(yè)的團(tuán)隊(duì)、高精密的檢測(cè)設(shè)備，集合行業(yè)失效案例大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得出更加精確的結(jié)論。