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LED電子屏幕出現(xiàn)死燈de原因

信息來源：http://www.tinypay.com.cn/ 作者：湖北弘馳LED顯示屏公司

led顯示屏在使用一段時(shí)間后會出現(xiàn)死燈和虛焊，這段時(shí)間有可能是幾個(gè)月到幾年，也有可能是led顯示屏廠家在生產(chǎn)時(shí)就出現(xiàn)這種問題�？梢哉f死燈和虛焊一直是led顯示屏廠家封裝SMD不可避免的問題，而LED電子大屏幕之所以會出現(xiàn)死燈原因竟是它。

LED電子大屏幕死燈與LED光源有關(guān)，而LED光源的五大物料分別為金錢、芯片、支架、熒光粉、固晶和封裝膠。而如果其中任何一項(xiàng)出現(xiàn)問題，都有可能造成led顯示屏出現(xiàn)死燈。

金線

金線具有導(dǎo)電率大、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好和韌性好等特點(diǎn)，但金線的價(jià)格比較貴，導(dǎo)致封裝成本比其他材料的成本要貴幾倍甚至幾十倍不等。因此，為了中低端市場需求，再加上金、銀、銅和鋁有較高的導(dǎo)電性能，因此led顯示屏廠家使用銅線、銅合金、金包銀合金線和銀合金線代替金線。

雖然這些代替品在某些特性方面比金線好，但在化學(xué)穩(wěn)定性方面卻差很多。例如，銀線和金包銀合金線容易受到硫、氯、溴化腐蝕，而銅線則容易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。對于吸水透氣海綿的封裝硅膠而言，這些替代方案使鍵合線易受到化學(xué)腐蝕，光源的可靠性降低，也這是為何LED電子大屏幕使用時(shí)間久后，會出現(xiàn)LED燈珠斷線死燈的原因。

對于金線而言，如果打金線的長度是固定的，且金線原材料的直徑為原來的一半，那么對打的金線所測的電阻為正常的四分之一。但對于供應(yīng)商而言，金線的直徑越細(xì)，其成本越低，在原材料價(jià)格不變的情況下，其利潤更高。一般而言直徑偏差1克金，可以拉制長度26.37m，直徑50μm（2 mil）的金線，也可以拉出長度105.49m，直徑25μm（1 mil）的金錢。正是由于這些偏差，使得供應(yīng)商的利潤上漲。但對于使用金線封裝的led顯示屏廠家而言，如果不熟悉原材料，直接使用偷工減料的金線，那么就會使電阻變大，從而熔斷電流，降低LED光源使用壽命，這就是為何出現(xiàn)死燈的原因。而1.0mil的金錢使用壽命顯然比1.2mil的金線短。

表面缺陷

金線在拉制過程中，絲材表面會出現(xiàn)缺陷，這個(gè)缺陷如果超過線徑5%的刻痕、劃傷、凸起、裂紋、凹坑和打折等，就會導(dǎo)致電流密度加大，使損傷部分易被燒毀，同時(shí)抗機(jī)械應(yīng)力的能力就會降低，造成內(nèi)引線損傷處斷裂。另外，金線表面如果粘有銹蝕、油污和灰塵等，會降低金線與LED芯片之間，金線與支架之間的鍵合強(qiáng)度，導(dǎo)致死燈現(xiàn)象發(fā)生。

金線的拉斷負(fù)荷和延伸率都有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如果這兩者低于標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，那么就不能承受樹脂封裝所產(chǎn)生的沖擊。同時(shí)，金線的破斷力和延伸率對引線鍵合的質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用，而具有較高的破斷率和延伸率的鍵合絲顯然更有利于鍵合。而太軟的金絲則會導(dǎo)致拱絲下垂、球形不穩(wěn)定、球頸部容易收縮和金線易斷裂。如果是金絲太更則可能導(dǎo)致芯片電極或外延打出坑洞，拱絲弧線控制困難、形成合金困難以及金球頸部斷裂。

芯片

LED燈珠的抗靜電能力與LED發(fā)光芯片有關(guān)，而與封裝工藝及封裝材料基本無關(guān)，或是影響很小。LED電子大屏幕如果受靜電影響，有可能會造成死燈現(xiàn)象。也就是說LED燈珠的靜電影響與LED燈珠兩個(gè)引腳間距有關(guān)，如果LED芯片裸晶的兩個(gè)電極間距非常小，一般小于一百微米，而LED引腳則是2mm。當(dāng)靜電電荷需要轉(zhuǎn)移時(shí)，間距越大，越容易形成大的電位差，也就是高電壓。因此，封裝后的LED燈珠往往更容易受到靜電影響。

LED外延芯片在高溫長晶過程中，如果襯底、MOCVD反應(yīng)腔內(nèi)殘留的沉積物、外圍氣體和Mo源引入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)就會滲入磊晶層，阻止氮化鎵晶體成核，形成各種各樣的外延缺陷，導(dǎo)致外延層表面形成微小坑洞，這些缺陷會嚴(yán)重影響外延片薄膜材料的晶體質(zhì)量和性能。

在制作LED芯片時(shí)有一道關(guān)鍵工序，即殘余電極加工，包括清洗、黃光、熔合、蒸鍍、化學(xué)蝕刻和研磨等，這些會接觸到許多化學(xué)清洗劑，如果芯片清洗不夠干凈，會使有害化學(xué)物殘余。這些殘余的有害化學(xué)化會在LED通電時(shí)，與電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致光衰、發(fā)黑、暗亮和死燈等現(xiàn)象。

LED電子大屏幕的芯片受損會直接導(dǎo)致LED失效，因此需要提高LED芯片的可靠性。黃光作業(yè)若顯影不完全及光罩有破洞會使發(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，因此會有晶粒電極刮傷的情況發(fā)生。蒸鍍過程中有時(shí)需用彈簧夾固定芯片，因此會產(chǎn)生夾痕。而芯片電極對焊點(diǎn)的影響包括芯片電極本身蒸鍍不牢靠，導(dǎo)致焊線后電極脫落或損傷。芯片存在不當(dāng)會導(dǎo)致電極表面氧化，表面玷污等。鍵合表面的輕微污染都有可能會景程兩者間的金屬原子擴(kuò)散，造成失效或虛焊現(xiàn)象。而芯片電極本身可焊性差則會導(dǎo)致焊球虛焊。

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

一般市場上的LED光源主要以銅作為引線框架的基體材料，為防止銅發(fā)生氧化現(xiàn)象，一般會在支架的表面上電鍍上層銀。如果鍍銀層過薄，在高溫條件下，支架易黃變。因此，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。

LED光源怕硫，這是因?yàn)楹虻臍怏w會通過其多孔性結(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)會黑化，光通量會逐漸下降，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。

LED光源鍍銀層發(fā)黑可能與銀氧化有關(guān)。但EDS能譜分析等純元素分析檢測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)物中的氧元素都會干擾檢測結(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)檢測以及光、電、化學(xué)、環(huán)境老化等一系列可靠性對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合專業(yè)的檢測知識及電鍍知識進(jìn)行綜合分析。

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，一般來說，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”。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通過孔隙進(jìn)入腐蝕銅基體

在電鍍過程中會用到各種含有機(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。

水口料塑料的材質(zhì)是LED封裝支架導(dǎo)熱的關(guān)鍵，如果PPA支架是水口料，會使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

水解氮化物的熒光粉容易水解，失效。

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越大。

固晶膠

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。

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，如果沉降過快會使產(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，分層也會影響器件的散熱、粘接強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。

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，通過對不良燈珠分析。在芯片側(cè)面檢測出異常銀元素，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，因此判定不良燈珠漏電失效極有可能為來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)品使用過程中逐漸形成的，隨著遷移現(xiàn)象的加重，最終銀離子會導(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作用下沿芯片側(cè)面發(fā)生遷移。因此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。

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，則會造成線膨脹系數(shù)偏高，應(yīng)力增大。

封裝膠

據(jù)我們的檢測表明，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，會出現(xiàn)膠體發(fā)黃發(fā)黑開裂死燈等現(xiàn)象。

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）。

在燈珠的冷熱沖擊使用環(huán)境中，會因?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)拉力超過時(shí)，那么膠體就裂開了。

目前國內(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)與我國現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀有關(guān)，產(chǎn)業(yè)急需升級。環(huán)氧樹脂中的氯不僅對支架鍍銀層、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)氯和無機(jī)氯。無機(jī)氯會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。

以上就是有關(guān)LED電子大屏幕之所以會出現(xiàn)死燈原因，其死燈的原因包括金線、芯片、LED支架、熒光粉和封裝膠五大因素。如果其中任何一個(gè)因素受到影響，那么都會導(dǎo)致led顯示屏出現(xiàn)死燈現(xiàn)象。因此，led顯示屏廠家在購買原材料和封裝時(shí)一定要注意這些事項(xiàng)，進(jìn)而降低死燈率和虛焊率。

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