全面详解LED死灯的多种原因

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  大家常常会碰到LED不亮的情况,封装企业、应用企业以及使用的单位和个人,都有可能(maybe)碰到,这就是行业内的人说的死灯现象。led台灯又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有节能、环保、安全可靠的特点,固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的未来。发展新固态照明,不仅是照明领域的革命,而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。究其原因不外是两种情况:
  其一,LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯点不亮,这种情况一般不会影响其它的LED灯的工作;
  其二,LED灯的内部连接引线断开,造成LED无电流通过而产生死灯,这种情况会影响(influence)其它的LED灯的正常工作,原因是由于LED灯工作电压低,一般都要用串、并联来联接,来适应不同的工作电压,串联的LED灯越多影响越大,只要其中有一个LED灯内部连线开路,将造成该串联电路的整串LED灯不亮,可见这种情况比第一种情况要严重的多。
  LED死灯是影响产品质(Character)量(Mass)、可靠性的关健,如何减少和杜绝死灯,提高产品质量和可靠性,是封装、应用企业需要解决的关键问题(Emerson)。下面是对造成死灯的一些原因作一些分析探讨。
  1、静电对LED芯片造成损伤,使LED芯片的PN结失效,漏电流增大,变成一个电阻
  静电是一种危害极大的魔鬼,全世界因为静电损坏的电子元器件(Components)不计其数,造成数千万美金的经济(jīng jì)损失。所以防止(fáng zhǐ)静电损坏电子元器件,是电子行业一项很重要的工作,LED封装、应用的企业千万不要掉以轻心。任何一个环节出问题,都将造成对LED的损害,使LED性能变坏甚至失效。大家知道人体静电可以达到三千伏左右,足可以将LED芯片击穿损坏,在LED封装生产线,各类设备的接地电阻是否符合要求,这也是很重要的,一般要求接地电阻为4欧姆,有些要求高的场合其接地电阻甚至要达到≤2欧姆。
  这些要求都为电子行业的人们所熟悉,关健是在实际实行时是否到位,是否有记录。led灯珠使用低压电源,供电电压在2-4V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源;更安全的电源,特别适用于公共场所;亮度随电流的增大而变亮,小功率LED灯珠工作电流为0-60mA,大功率LED工作电流在150mA以上。据笔者了解(Find out)一般的民营企业,防静电措施做得并不到位,这就是大多数企业查不到接地(earthing)电阻的测试记录,即使做了接地电阻测试也是一年一次,或几年一次,或有问题时检查一下接地电阻,殊不知接地电阻测试这是一项很重要的工作,每年至少 4次,一些要求高的地方,每月就要作一次接地电阻测试。
  土壤电阻(中文名:电阻器) 会随着季节的变化而不同,春夏天雨水多,土壤湿接地电阻较容易达到,秋冬季干燥土壤水分(moisture)少,接地电阻就有可能超过规定数值,作记录是为了保存原始数据,做到日后有据可查。符合ISO2000质量管理体系。测试接地电阻可以自行设计表格,接地电阻测试封装企业、LED应用(application)企业都要做,只要将各种设备名称填于表格内,测出各设备的接地电阻记录在案,测试人签名即可存档。
  人体静电对LED的损害也是很大的,工作时应穿防静电服装,配带静电环,静电环应接地良好,有一种不须要接地的静电环防静电的效果不好,建议不使用配带该种产品,如果工作人员违反操作规程,则应接受相应的警示教育,同时也起到告示他人的作用。人体带静电的多少,与人穿的不同面料(Fabric)衣服、及各人的体质(physique)有关,秋冬季(winter)黑夜大家脱衣服就很容易看见衣服之间的放电现象,这种静电放电的电压就有三千伏。
  碳化硅衬底芯片的ESD值只有1100伏,蓝宝石衬底芯片的ESD值就更低,只有500-600伏。一个好的芯片或LED,如果大家用手去拿,其结果就可想而知了,芯片或LED将受到不同程度的损害,有时一个好的器件经过大家的手就莫名其妙的坏了,这就是静电(是一种处于静止状态的电荷)惹的祸。
  封装企业如果不严格按接地规程办事,吃亏的是企业自己,将造成产品合格(qualified)率下降,减少企业的经济效益,同样应用LED的企业如果设备和人员接地不良的话也会造成LED的损坏,返工在所难免。led灯珠PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。按照LED标准使用手册的要求,LED的引线距胶体应不少于3-5毫米,进行弯脚或焊接,但大多数应用企业都没有做到这一点,而只是相隔一块PCB板的厚度就直接焊接了,这也会对LED造成损害或损坏,因为过高的焊接温度会对芯片产生影响,会使芯片特性(characteristic)变坏,降低发光效率,甚至损坏LED,这种现象(phenomenon)屡见不鲜。有些小企业采用手工焊接,使用40瓦普通烙铁,焊接温度无法控制,烙铁温度在300-400℃以上,过高的焊接温度也会造成死灯,LED引线在高温(hyperthermia)下膨胀系数比在150℃左右的膨胀系数高好几倍,内部的金丝焊点会因为过大的热胀冷缩将焊接点拉开,造成死灯现象。
  2、LED灯内部连线焊点开路造成死灯现象的原因分析
  2.1封装企业生产工艺不建全,来料检验手段落后,是造成LED死灯的直接原因
  一般采用支架排封装的LED,支架排是采用铜或铁金属材料经精密模具冲压(chòng yā)而成,由于铜材较贵,成本自然就高,受市场激烈竟争因素影响,为了降低制造成本,市场大多都采用冷轧低碳钢(low carbon steel)带来冲压LED支架徘,铁的支架排要经过镀银,镀银有两个作用,一是为了防止氧化(oxidation)生锈,二是方便焊接,支架排的电镀质量非常关键,它关系到LED的寿命,在电镀前的处理(chǔ lǐ)应严格按操作规程进行,除锈、除油(oil)、磷(P)化(phosphorization)等工序应一丝不苟,电镀时要控制好电流,镀银层厚度要控制好,镀层太厚成本高,太薄影响质量。
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