COB封裝失效分析

基于COB的LED失效分析1=本文介紹了基于COB封裝技術(shù)的LED照明產(chǎn)品失效模式及幾種常見原因分析。并闡述了在COB封裝、整燈結(jié)構(gòu)設(shè)計等應(yīng)用過程中預(yù)防和改善對策?？稍谝欢ǔ潭壬咸嵘a(chǎn)品可靠性。LED已被全球公認(rèn)為新一代的環(huán)保型高科技光源，其長壽命、高可靠性更是得到廣大消費者的青睞。雖然從技術(shù)角度LED芯片理論壽命可達100000H，但由于封裝、驅(qū)動、散熱等技術(shù)的影響，應(yīng)用到普通照明類的光源或燈具壽命也只能達到30000H，甚至市場上也存在很多用不到半年就會出問題的產(chǎn)品。如何提高LED照明產(chǎn)品可靠性問題也一直是企業(yè)需要解決的問題。LED照明產(chǎn)品失效模式一般可分為：芯片失效、封裝失效、電應(yīng)力失效、熱應(yīng)力失效、裝配失效。通過對這些失效現(xiàn)象的分析和改進，可對我們設(shè)計和生產(chǎn)高可靠性的LED照明產(chǎn)品提供幫助。本文通過對COB封裝技術(shù)及其應(yīng)用常見的幾種失效原因進行分析，并闡述了中應(yīng)該注意的事項加以總結(jié)。1、基于COB的LED產(chǎn)品特點LED照明產(chǎn)品由三個主要部件組成，即散熱結(jié)構(gòu)件、驅(qū)動電源和照明部分。照明部分由光源和二次光學(xué)配光組件（如透鏡、反射鏡和擴散板）組成，典型應(yīng)用模型見圖一。Reflm：-or$5小牌Wanh<-rElect『心LVJj-reReflm：-or$5小牌Wanh<-rElect『心LVJj-reCOB「IMF圖一：COB典型應(yīng)用模型圖做為LED照明產(chǎn)品中的光源部分是核心部件，是實現(xiàn)光電性能的基礎(chǔ)器件。而基于COB技術(shù)是光源的一種封裝形式，其本身不再需要任何自動表面貼裝過程只需要將正負(fù)極簡單引出焊接即可組裝到基體或照明燈具。如圖1顯示了其在LED照明產(chǎn)品中重要的關(guān)鍵組件。這些組件是，尤其是COB在大多數(shù)情況下，均是采用手工組裝。這就造成在生產(chǎn)過程中很可能要比在一個自動的過程中產(chǎn)生更多潛在故障。2、COB失效的原因分析圖2：COB-LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，基于COB的LED封裝技術(shù)是將多顆芯片采用不同的串并結(jié)構(gòu)再用絲焊的方法在芯片和基底之間建立電氣連接，最后使用灌封膠封裝而成。此種結(jié)構(gòu)決定了COB內(nèi)部任何單顆芯片的不良，將會導(dǎo)致剩余剩余芯片電流負(fù)載增加繼而單顆Vf值上升，使驅(qū)動電源進入輸出過壓保護狀態(tài)，輸出異常導(dǎo)致剩余支路閃爍直至死燈。排除芯片本身不良的原因，大部分情況下表現(xiàn)為芯片間鍵和不良，常規(guī)下我們把鍵和中單個焊線分為ABCDE五個關(guān)鍵點，如圖3所示，而鍵和不良本人在時間中遇到了以下幾種常見原因。機械應(yīng)力損傷，一般出現(xiàn)在BCD點不良，且C點居多。常見根本原因有：如出現(xiàn)B或D點不良，且居多出現(xiàn)在圍壩邊緣如圖2中中間圖片紅色圓圈部位。則很有可能是因為結(jié)構(gòu)干涉導(dǎo)致。導(dǎo)致干涉的原因需要從鏡面鋁中心與芯片布局中心是否偏離和整燈結(jié)構(gòu)是否預(yù)留足夠的間隙等方面進一步探討和確認(rèn)。如出現(xiàn)在C點不良，且居多出現(xiàn)在中間部位，則根本原因會是因為封裝或組裝制造過程防護不當(dāng)導(dǎo)致。焊接不良，一般會出現(xiàn)在ABDE點不良且拉力測試時力值合格但斷裂點會出現(xiàn)在A、B、D、E點處，例如圖4為D點斷開狀態(tài)。這種情況下可以確定為焊接工藝不當(dāng)或焊接設(shè)備不穩(wěn)定導(dǎo)致，可根據(jù)具體的失效項目如塌線、斷線、金球過大、過小等情況調(diào)整焊線溫度、功率、壓力、時間等工藝參數(shù)予以解決。

圖3COB-LED單個焊線示意圖。圖3D,占、斷裂圖。封裝膠應(yīng)力損傷，一般會出現(xiàn)在A、B、D、E點不良且不良只會發(fā)生在圍壩膠和封裝膠結(jié)合處的周圍，在高倍顯微鏡下觀察膠體結(jié)合面處存在間隙的可能。這種不良的根本原因往往是因為兩種膠體熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致應(yīng)力集中，將焊點拉斷導(dǎo)致。3、改善措施通過對以上所介紹的COB主要失效模式的分析，可以從中獲悉改善實際使用壽命的技術(shù)方法。(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計好的結(jié)構(gòu)設(shè)計既要保證功能的實現(xiàn)，也要做到防錯處理。基于COB封裝技術(shù)的LED本身就是一個易損傷器件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中處理二次光學(xué)配光組件安裝及固定時，需要考慮預(yù)留足夠的間隙，保證在極限公差情況T和組裝過程中誤操作也不能夠或盡可能減少損傷COB的風(fēng)險。(2)封裝技術(shù)封裝制程中，我們把焊線拉力測試作為衡量鍵和合格判定的一個重要的指標(biāo)。而且在質(zhì)量控制過程中，往往認(rèn)為拉力越大產(chǎn)品可靠性越好。實踐證明這是一個錯誤的做應(yīng)用分析法，尤其在COB的焊線工藝中對邊緣鍵和質(zhì)量的衡量上，太大或過小均會導(dǎo)致不良的產(chǎn)生。具體拉力規(guī)范限值需要根據(jù)產(chǎn)品特點進行研究和探討。另一方面，選擇合適的封裝膠及封膠工藝。盡可能采用熱膨脹系數(shù)相近的膠，而且需要確定合適的烘干溫度和時間以確保凝固速度的一致，防止內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。⑶制程防護COB器件由于芯片為陣列排布，發(fā)光裸露面大，焊線、芯片耐外力能力差，且封裝膠體本身不能起到很好的防護作用。故在制程過程中采用合適的包裝、流轉(zhuǎn)載具、取拿工具、固定取拿方式可以杜絕或降低機械損傷。合理篩選雖然篩選不能最終提升產(chǎn)品品質(zhì)，但可以防止不合格品的流出。為了篩選出COB不良器件，可以采取在一定溫度下的老化、測試工作。COB器件可在高溫下進行點亮測試，溫度不宜高于PN節(jié)結(jié)溫溫度。如果采取整燈老化，溫度推薦不宜超過宣稱最高環(huán)境溫度，時間可隨溫度的提高而減少?？h體參數(shù)需要根據(jù)產(chǎn)品特性進行研究和確定。⑸優(yōu)化可靠性驗證方案產(chǎn)品是否能夠滿足使用要求，需要對其進行充分的驗證?？紤]到LED產(chǎn)品不管是國際還是國內(nèi)目前還沒有針對LED產(chǎn)品的可靠性試驗規(guī)范，目前常規(guī)做法是參照GB/T2423、GB/T24825等標(biāo)準(zhǔn)進行高溫、低溫、濕熱交變、開關(guān)沖擊等可靠性試驗。但在實踐中我們發(fā)現(xiàn)這樣的方法不足以發(fā)現(xiàn)失效，即已經(jīng)確定存在可靠性失效的產(chǎn)品也能通過此類試驗驗證。故我們需要針對產(chǎn)品工作環(huán)境及特殊的用途論證制定符合基于COB封裝技術(shù)LED特性的可靠性試驗方案。結(jié)合快速變化的市場，調(diào)整可靠性試驗條件如溫度、濕度、安裝方式、客戶的使用習(xí)慣等多種要素來創(chuàng)新選擇可靠性驗證的方案。實現(xiàn)在盡可能短的時間內(nèi)推出質(zhì)量可