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            LED在高濕度下的失效模式

            點擊次數:225 更新時間:2024-03-25

            LED(發光二極管)是一種特殊類型的二極管,當其被連續電流通過時,基於電致發光原理,會發射紫外線、紅外線或可見光譜範圍內的電磁輻射。與普通二極管一樣,這是一種具有稱為陽極(正極)和陰極(負極)的電端子的單向設備。設備的核心,稱為芯片,是一個p-n焊點,或者由用不同摻雜的相同半導體材料組成的兩個外圍區域組成的晶體。焊點由GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、InP(磷化銦)、GaN(氮化镓)等材料或AlGaAs、AlGaP、GaAsP、GaAsInP、AlInGaP或AlInGaN等合金製成。根據所使用的材料,可以獲得不同顏色的發光、不同的電流-光子轉換性能以及不同的生產成本。

            LED芯片級降解

            當LED在潮濕條件下通電時,如Tan等人所示,由於困在其中的水分,芯片可能會受到損害。這些困住的水分可以位於LED芯片與焊盤之間的界麵或LED芯片上的接觸墊。在通電操作過程中或在加速濕度測試過程中產生的熱量可能會使累積在LED芯片附近的水分蒸發,從而對LED芯片結構造成機械損害

            在LED通電進行光學測試時,芯片邊緣的損壞可能會發生,因為在加速濕度測試過程中累積的困在焊盤/熱界麵材料(TIM)中或電子接觸墊之間的水分蒸發,從而對LED結構造成機械損害。盡管GaN基LED在這種條件下仍可以正常工作,但預計光學藍光輸出會減少,而反向飽和電流則會增加。

            互連相關故障(鍵合線、球體和附件)

            當LED長時間暴露在高濕度條件下時,鍵合線球體故障可能會發生。當封裝體吸收的水分足夠攻擊LED芯片上的頂部電氣接觸時,線鍵合連接會從LED芯片表麵脫落。這是因為在Tan和Singh的工作中使用的LED樣品的鍵合墊上塗有銀,因此用於與外界連接芯片的金線可以擴散到銀塗層中,導致在Au和Ag之間的界麵處形成Kirkendall空洞。在高濕度和高溫條件下,銀可以溶解到金球中,導致銀的去除率高達35.6 nm/s ,這確實是Tan和Singh觀察到的現象,他們表明,滲透LED封裝的水分可以從金球墊下麵去除銀。因此,如報道所述,互連的串聯電阻增加,從而產生更多的熱量。

            封裝相關故障
            LED透鏡和封裝膠通常基於環氧樹脂、有機矽和PMMA等聚合物,有機矽由於其對可見光的透明性和耐高溫褐變,是LED芯片封裝常用的聚合物。芯片和封裝膠的水分膨脹係數(CME)不同。CME中的這種不匹配會在封裝膠中引起濕機械應力,導致吸濕後封裝膠和骰子之間的界麵分層,這種分層可防止光線從LED中出來並導致流明退化。

            水分通過PC透鏡和LED封裝框架之間的接口進入LED封裝。在LED芯片和封裝劑的界麵處誘導分層。
            當LED封裝內存在水分時,界麵粘合強度降低40-60%,這導致不同界麵的分層,例如LED芯片-芯片貼裝界麵以及LED芯片和封裝劑接口。Luo等人和Bulong等人還證明,水分不僅擴散到用作封裝劑的有機矽和鏡片材料中,而且還擴散到兩種材料之間的界麵中。