引言

 

LED芯片作為LED光源最核心的部件，其質量決定著產品的性能及可靠性。導致LED芯片失效的原因有多種，如結構設計不合理、工藝不良、化學殘余腐蝕等等。本文以LED芯片功能失效為例，介紹其失效原因與分析方法，并提出改善建議。

 

一、案例背景

 

LED芯片作為LED光源最核心的部件，其質量決定著產品的性能及可靠性。導致LED芯片失效的原因有多種，如結構設計不合理、工藝不良、化學殘余腐蝕等等。本文以LED芯片功能失效為例，介紹其失效原因與分析方法，并提出改善建議。

 

現實驗室針對委托方提供的2pcs 失效樣品（NG1、NG2）、1pcs正常樣品（OK）進行測試分析，查找LED芯片功能失效的原因。

 

二、分析過程

 

1. 失效復現

為了觀察燈珠失效狀況，對失效燈板施加25VDC，100mADC電壓電流，對正常燈板施加21VDC，100mADC電壓電流（為了防止燈珠正常點亮無法及時散熱而燒毀，適當調低施加電壓值），觀察燈珠點亮狀況，結果如下：

NG1燈板：所有燈珠整體偏暗，電流小于1mA；NG2燈板：其中一顆燈珠出現死燈異常，電流無明顯降低現象；正常燈板：燈珠發光正常，電流正常。

以上檢測結果顯示與委托方反饋信息一致。

 

2. IV特性分析

為了更準確地鎖定異常燈珠，利用晶體管圖示儀對失效燈板上每顆LED燈珠進行IV特性測量，觀察單顆燈珠IV特性是否異常，結果如下：

每塊失效燈板都發現一顆IV特性異常燈珠，異常燈珠均表現為開路失效模式。

 

圖1. 異常燈珠IV特征測試曲線

 

3. 外觀檢查

利用體視顯微鏡對異常燈珠及正常燈珠進行外觀檢查，結果如圖2所示。

異常燈珠與正常燈珠：①外觀完好，未發現明顯機械損傷痕跡；②封裝膠體透明，未發現明顯開裂、膠體黃變等異常。

（備注：由于芯片表面熒光粉覆蓋，無法識別芯片狀況，后續通過X-Ray透視技術進一步觀察。）

 

圖2. 異常燈珠及正常燈珠外觀檢查照片

 

4. X-Ray觀察

利用X-Ray對失效燈板（NG1、NG2）及正常燈板OK進行透視觀察分析，結果如下：

失效燈板NG1、NG2：如圖3-4所示，異常燈珠都發現芯片電極焊點脫開現象及燈珠基板開裂異常；其他燈珠未發現明顯異常現象。

 

圖3. NG1燈板異常燈珠及其他燈珠X-Ray透視觀察照片

 

圖4. NG2燈板異常燈珠及其他燈珠X-Ray透視觀察照片

 

正常燈板OK：如圖5所示，燈珠內部未見明顯異常現象。

 

圖5. OK燈板正常燈珠X-Ray透視觀察照片

 

5. 剖面分析

 

圖6. 切片位置示意圖

 

失效燈板NG1：如圖7及表1所示，異常燈珠測試結果：①燈珠外焊點焊接完好，未發現明顯異常現象；②芯片電極焊點存在脫開異常，同時發現燈珠基板開裂現象，與X-Ray觀察結果一致；③芯片電極未脫開焊點內部發現較多空洞現象；④電極脫開位置未發現明顯異常元素，排除外界污染對焊點脫開的影響。

 

其他燈珠測試結果：①燈珠外焊點發現疲勞開裂現象；②芯片電極焊點內發現較多空洞現象。

 

圖7. NG1燈板異常燈珠及其他燈珠切片后SEM圖片及EDS能譜圖

 

表1. NG1燈板異常燈珠切片后截面成分測試結果（wt.%）

 

失效燈板NG2：如圖8所示，異常燈珠及其他燈珠切片結果與NG1樣品類似。

 

圖8. NG2燈板異常燈珠及其他燈珠切片后SEM觀察圖片

 

正常燈板OK：如圖9所示，正常燈珠切片后外焊點同樣發現疲勞開裂現象，芯片電極焊點內同樣存在較多空洞。

 

圖9. OK燈板正常燈珠切片后SEM觀察圖片

 

以上結果可知：①異常燈珠均存在因基板開裂導致芯片焊點脫開現象；②失效燈板中其他燈珠及正常燈板燈珠外焊點發現大面積疲勞開裂現象；③芯片電極焊點中存在較多空洞現象。

 

三、總結分析

 

該案件背景信息為：LED 芯片在環境應力篩選過程中出現一路芯片中的一顆 LED芯片不亮，初步判定是過電應力。

 

對委托方所送失效燈板進行失效復現后發現，NG1、NG2失效燈板均存在發光異常現象，個別燈板明顯觀察到燈珠死燈現象，與委托方反饋信息一致。

 

為了準確鎖定失效燈珠，對失效燈板上所有燈珠進行IV特性測量，結果顯示：NG1、NG2燈板上均發現一顆異常燈珠，異常燈珠均表現為開路失效模式。

 

對上述鎖定的異常燈珠及正常燈珠外觀進行光學檢查，所有燈珠外觀完好，未發現明顯機械損傷痕跡，燈珠封裝膠體透明，未發現明顯開裂、膠體黃變等異常。

 

失效燈板（NG1、NG2）及正常燈板OK樣品X-Ray透視觀察結果顯示：失效燈板異常燈珠均發現芯片電極焊點脫開現象及燈珠基板開裂異常；失效燈板其他燈珠及正常燈板燈珠未發現明顯異常現象。

 

為了確認異常燈珠芯片電極焊點存在開裂異常，對失效燈板（NG1、NG2）及正常燈板（OK）進行切片觀察，結果顯示：①異常燈珠都存在因基板開裂導致芯片焊點脫開現象；②失效燈板中其他燈珠及正常燈板燈珠外焊點發現大面積疲勞開裂現象；③芯片電極焊點中存在較多空洞現象。

 

綜上所述，LED芯片功能失效的直接原因為燈珠基板開裂導致芯片焊點脫開而開路，燈珠基板開裂主要與環境篩選試驗中產生的內應力有關（燈珠外焊點疲勞開裂現象，說明燈珠在環境篩選試驗中產生了較大內應力）。另外，芯片焊點內存在較多空洞現象也在一定程度上降低了焊點強度。

 

四、結論與建議

 

LED芯片功能失效的原因為：燈珠基板因環境篩選試驗中產生的內應力而開裂，從而導致芯片電極焊點脫開而開路失效。

 

建議：

1. 優化燈板散熱設計及結構設計，降低燈珠內應力影響；

2. 改善焊接工藝，提高芯片焊點焊接質量，避免焊點內存在較多空洞現象。

 

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