LED失效分析手段研究

Ｅ　ｎｖ　ｉｒｏｎ　捌ｍｅｎ　哆ｔａ　如　Ｈ哆Ｉ　环境适应性和可靠性—一ＬＥＤ失效分析手段研究　胡春田，张华　（深圳市计量质量检测研究院，深圳５１８０５５）　摘要：介绍ＬＥＤ产品常见的失效分析手段，主要包含外观检查、电性能测试、Ｘ－Ｒａｙ透视检查、开封检查、金相切片分析、　扫描电镜和能谱分析等手段，并结合实际案例对几种方法进行描述。　关键词：ＬＥＤ；失效分析；Ｘ－Ｒａｙ；开封；金相切片；扫描电镜；能谱仪　中图分类号：ＴＮ３８３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—７２０４（２０１４）０５—００５２—０４　Ｔｈｅ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ＬＥＤ　ＨＵ　Ｃｈｕｎ—ｔ　ｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａ　（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ＆Ｏｕａｌｉｔｙ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０５５）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ＬＥＤ　ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉ　Ｓ，ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｖｉｓｕａｌ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｅ１ｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ，Ｘ—Ｒａｙ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ＳＥＭ＆ＥＤＳ　ａｎａｌｙｓｉＳ，ｅｔｃ．，ａｎｄ　ｉｔ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅｓｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｃｔｕａｌ　ｃａｓｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ：ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉＳ：Ｘ－Ｒａｙ：ｄｅｃａｐ：ｍｉｃｒｏｓｅｃｔｉｏｎ：ＧＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）：ＥＤＳ　（ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉ　ｓｐｅｒｓｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）　引言　与传统照明灯具，即白炽灯、荧光灯和高强度气体　放电灯相比，ＬＥＤ作为第四代光源，其具有绿色环保、　电光转化效率高、寿命长、工作电压低、响应快、体积　小等一系列优点，被广泛应用于显示、照明、背光灯　靠性和其各结构的材料来源、生产工艺以及装配过程密　切相关，而通过失效分析的不同手段，可分别获得各结　构的具体失效情况，从而对产品的可靠性提出中肯的建　议和改进。　诸多领域，其巨大的经济效益和广泛的应用前景，使得　ＬＥＤ越来越受人们的关注，但目前市场上的ＬＥＤ产品质　量参差不齐，可靠性问题接踵而至，如何提高ＬＥＤ的可　靠性成为了ＬＥＤ研究的重中之重，而对ＬＥＤ的可靠性研　２　ＬＥＤ失效分析手段　根据失效分析的常规原则：先无损再有损，先外观　检查，电性能测试再破坏性分析如开封（Ｄｅｃａｐ），金相　切片等，Ｄｅｃａｐ后也需先无损（不引入新破坏）后破坏。　究着重点落在ＬＥＤ的失效分析上，这可从根源上解决其　可靠性问题，为ＬＥＤ的早期失效筛选及产品的质量管理　提供依据。　ＬＥＤ的失效分析手段根据这原则可分为外观检查、电性　１　ＬＥＤ结构简介　ＬＥＤ即为发光二级管，是一种将电能转化为光能的　半导体固体发光器件，图１为某公司生产的白光ＬＥＤ典型　外观图，其结构主要包含以下几部分：引线、支架、封　装胶、键合丝、ＬＥＤ芯片、固晶胶及荧光粉。ＬＥＤ的可　图１　ＬＥＤ典型外观图　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１　４　５２　一　ｎｖｉｒｏｎｍｅｎ，ｔａｌＡｄａＰｔａｂｉｌｉ　Ｉ环境适应性和可靠性　能检测、Ｘ—Ｒａｙ透视检查、Ｄｅｃａｐ、金相切片分析、扫描　电镜和能谱分析及其它分析手段。以下通过相应的ＬＥＤ　案例进行一一介绍。　２．１外观检查　外观检查可通过目测和显微镜检的方式进行拍照取　证，其目的意在清楚直观的体现样品外观的真实情况以　及一些难以描述的异常现象，还可排除后续分析过程中　引起的其它特征变化。　某公司户外使用的ＬＥＤ视频灯出现了死灯，针对死　灯灯珠进行外观检查发现，支架出现严重发黑，且封装　胶体中有明显的灰尘渗入，外部胶体边界有明显气泡，　如图２所示。从外观检查我们可以得出分析思路，后续可　用能谱分析发黑物质主要是什么，从何处引入即可。　２．２电性能检测　ＬＥＤ的主要电性参数包括正向电流、正向电压、反　向电压、反向漏电流等。通过对电参数的测试可发现工　作过程中ＬＥＤ是否出现参数异常，然后再根据异常的参　数反推导致ＬＥＤ失效的可能原因。　某公司生产的ＬＥＤ灯板（８串１６并）在出厂测试中，　能正常工作，但断电时，其中一组８串灯珠中有一颗灯珠　先熄灭，同组其它７颗灯珠随后缓慢熄灭，当把先熄灭的　灯珠换成ＯＫ的灯珠时，则无此现象出现。针对这组的８　颗灯珠分别进行电性参数检测，发现先熄灭的灯珠其漏　电流超过厂家规定值（１０　Ａ），表现出明显的异常，　如图３和图４所示。　根据电性能测试结果，知道失效的原因是漏电流过　大引起，从而我们后续的分析步骤就是从引起ＬＥＤ漏电　图２失效灯珠的典型外观图　５３　２０１４年１０月・环境技术　的原因处着手，对可能原因进行逐一排除再确认，最终　定位根本原因。　２．３　Ｘ—Ｒａｙ透视检查　ｘ—Ｒａｖ透视的原理是根据样品不同部位的材料对ｘ　射线的吸收率和透射率不同，利用ｘ射线通过样品各部　位材料衰减后的射线强度检测样品内部缺陷。可以检查　ＬＥＤ内部的引线键合情况和外部的焊接情况。能看到引　线的不连续性和损坏以及位置未对准的线路或者焊盘　等。　某公司生产的ＬＥＤ灯管，其中有个别灯珠　现死灯　现象，经Ｘ—Ｒａｙ透视检查，能明显看到灯珠内部金线在　第二焊点处完全断开，如图５所示。为进一步确认金线断　Ｔｅｋｔｒｏｎ　ｉｘ　５７ｅＢ　／　一一　／　厂‘　／　ｆ　图３失效灯珠和正常灯珠的Ｉ—Ｖ曲　Ｔｅｋｔｒ０ｎ　１ｘ　７０Ｂ　图４失效灯珠的反向漏电流监测图