LED可靠性失效分析

目前，国内不少厂家在生产灯具后仅仅对灯具进行简单的老化测试后出货，显然这是无法检验出LED的寿命期的失效情况，同时无法保证产品的质量，因此后期可能会有不少的客户退货返修。也有部分厂家对灯具做高温、湿度相关的可靠性试验，对失效的产品进行部件或者材料更换，直到通过测试则选用。虽然此模式可以简单的完成产品的设计，然而未对失效的产品的失效根本原因进行分析，对此后的技术发展有很大的阻碍作用。
 

失效分析工作不仅仅在提高可靠性方面有很好的效果，而且有很高的经济效益。虽然失效分析工作没有直接产出，但是失效分析结果和反馈纠正措施可显著缩短研发周期、降低研发成本，提高器件的成品率和可靠性，减少系统试验和现场使用期间的失效器件。系统试验和现场使用中发生故障的经济损失巨大，排除故障的维修费用高昂，而且这种费用随着可靠性等级的提高而指数上升。

金鉴实验室可通过各种可靠性试验的考核以及失效分析手段，暴露和分析组件所隐含的缺陷以及造成缺陷的根本原因，并针对这些原因通过工艺优化、物料控制以及设计进行改进，不断地改进和提高产品的可靠性与质量，最终获得符合质量目标的组件和稳定的工艺条件。

金鉴实验室在LED失效分析方面有丰富的经验，为国内众多灯具厂提供LED可靠性检测和其后的失效分析和技术咨询。我们有专业的团队、技术与积累的行业经验，能够准确快速的找到可靠性测试或者认证测试后灯具失效的原因。通过失效分析确定LED的失效机制, 在生产工艺以及应用层面进行研究改善，提高LED灯具的可靠性。LED灯具失效模式主要分为芯片失效、封装失效、高温失效、过流失效以及装配失效。通过解剖失效的灯具综合分析，掌握LED失效的根本原因，才能在实践中确实提高LED灯具的质量。不少客户的灯具在老化测试、可靠性试验后出现LED死灯或者光衰严重导致的失效，通过我们找到了失效分析根本原因，从而改进灯具的缺陷，提高灯具的可靠性。

美国“能源之星”规定可靠性指标中，主要规定LED照明灯具寿命3.5万小时，在全寿命期内色度变化在CIE1976（u,v）中0.007以内。LED灯具寿命和色保持度的指标，从目前来看是很高的，实际上很多LED灯具还达不到这个要求，因为LED灯具所涉及的技术问题很多、很复杂，其中主要是系统可靠性问题，包含LED芯片、封装器件、驱动电源模块、散热和灯具的可靠性。据报道，通过加速寿命试验LED芯片的寿命一般可达10万小时以上，甚至几十万小时。在LED器件的失效中，约70%以上的LED器件失效是由封装引起，所以封装技术对LED器件来说是关键技术。尽管LED的理论寿命非常高，但是在实际应用中受封装、驱动电源模块、散热等影响，整灯的寿命远远不能达到预期的理论值。

尽管如此，通过LED可靠性试验可以有效的提高灯具的可靠性。可靠性试验内容包括可靠性筛选、寿命试验、环境试验。常温老化试验是目前最常用到的筛选试验。通过筛选试验剔除早起失效的产品，提高产品的使用可靠性。通过加速寿命试验可以测试LED器件的寿命。LED器件的寿命是判断LED器件的可靠性的重要指标。所有的可靠性试验都离不了环境试验，因此环境试验是可靠性试验的重要组成部分，目前环境试验被认为是确认与改善工业产品质量主要方法。目前,常用于LED环境试验的有高低温试验、温度循环试验、冷热冲击试验、湿热试验、跌落试验、盐雾试验等。通过模拟实际使用环境检验灯具失效情况,对失效原因进行分析后对产品改进提升产品的质量。

LED的失效的统计分布规律呈浴盆状，可以用来表示LED在整个寿命期间的失效率。

 

变化曲线看出产品的失效率基本可划分为三个时期：早期失效期、稳定使用期、损耗失效期。早期失效率较高，但随着使用时间增加，失效率迅速降低，这阶段的失效产生的原因多因设计、材料或者工艺缺陷造成。严格工艺操作、加强对原材料、制程检验可减少此阶段的失效。稳定试用期也为偶然失效期，此阶段失效率较低可近似为常数，计算MTBF和可靠度时就采用此阶段值。此阶段产品失效的主要原因是由于质量缺陷、材料弱点、使用环境等因素所致。在耗损失效期，产品的失效率随着时间迅速增加，这主要由产品磨损、疲劳、老化以及损耗等原因导致。 

案例分析：

客户送测灯珠在冷热循环试验后出现灯珠漏电，经我们分析确定此灯珠的芯片埋孔（Via）下面的Ni-Sn共晶层存在大量空洞，大量空洞使得复杂结构的芯片埋孔应力不均，同时热传导性能降低。在芯片通电情况下，热量聚集导至Ni-Sn共晶层空洞中空气热胀冷缩，更加助了芯片埋孔的应力不均，导致芯片GaN层开裂破碎，从而导致PN结短路失效。

 

案例分析：

 

 

客户送测5050灯珠出现死灯现象。对灯珠的使用材料进行分析，对比正常的封装胶和失效的封装胶红外光谱分析发现，失效封装胶氢键的伸缩峰、C=C、吸收峰都较弱，说明失效封装胶树脂成分较高。Si-O-Si吸收峰分裂为两个强度相近的峰，说明失效封装胶分子链较长，分子链柔性下降，交联密度大，固化程度高。因此，失效灯珠的封装胶固化过度导致封装胶与支架剥离扯断键合线导致LED灯珠死灯失效。  

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