关于LED失效的两种失效模式分析

LED照明和背光灯技术在近十几年已经取得了显著的进步，作为公认的新型下一代绿色光源，LED光源已出现在传统照明等领域，但LED光源尚存在很多没有解决的问题。

其中主要包括通过一致性较差、成本相对较高和可靠性差等，其中一个最主要的问题分析就是企业稳定性和可靠性问题。虽然我国目前进行预测LED光源的寿命超过5万小时。但这个工作寿命指的是管理理论寿命，光源在25℃下的使用寿命。在实际需要使用教学过程中，会遇到高温、高湿等恶劣社会环境，放大LED光源缺陷，加速材料老化，使LED光源可以快速失效。

失效模式的物理机理

LED灯珠是一个由多个模块组成的系统。每个组成部分的失效都会引起LED灯珠失效。 从发光芯片到LED灯珠，失效模式有将近三十种，如表1，LED灯珠的失效模式表所示。这里将LED从组成结构上分为芯片和外部封装两部分。 那么， LED失效的模式和物理机制也分为芯片失效和封装失效两种来进行讨论。

表1LED灯珠故障模式

引起LED芯片控制失效的因素研究主要内容包括：静电、电流和温度。

静电放电可释放瞬间超高电压，给LED芯片企业带来影响很大的危害，ESD导致的LED芯片控制失效主要分为软失效和硬失效分析两种教学模式。由静电带来的高电压/电流可以导致LED芯片短路问题成为硬失效模式。LED芯片短路的原因是成本过高的电压使电解质破裂，或者没有过高的电流通过密度是芯片中产生不同电流信号通路。

静电放电稍低电压/电流使LED芯片软错误。软故障通常是伴随着在反向漏电流芯片的下降，这可能是由于高的反向电流路径，使得漏电流由于消失的部分。相比于垂直LED芯片，静电危害更大的LED芯片电平。因为在芯片，瞬态高压静电的同一侧的水平LED芯片电极更容易地在芯片上短路的电极，从而使LED芯片的故障。

高电流也会导致 led 芯片失效: 一方面，高电流会导致结温相对较高; 另一方面，当动能较高的电子进入 pn 结时，mg-h 和 ga-n 键可能会断裂。

Mg-H键的断裂将进一步激活p层的载流子，使LED芯片在老化初期具有上升的光功率阶段，而Ga-N键的断裂将形成氮空位。 氮空位增加了非辐射复合的可能性，从而解释了器件光功率的衰减。 氮空位的形成达到平衡是一个漫长的过程，这是LED芯片老化缓慢的主要原因。

同时，大电流会带来LED芯片企业内部的电流拥挤，LED芯片内的缺陷进行密度越来越大，电流拥挤的现象越严重。过大的电流密度变化会引起一些金属的电迁移学习现象，使得LED芯片控制失效。另外InGaN发光二极管在电流和温度具有双重影响作用下，在有效利用掺杂的p层中还会导致出现一个很不安全稳定的Mg-H2复合物。

温度的LED芯片上的效果和主要是为了使LED芯片，以减少短寿命的量子效率。这是因为，内部量子效率是温度的函数，则降低温度越高的内部量子效率，在同一时间，的老化的影响的材料性质的温度和使LED芯片内的欧姆接触材料恶化。此外，高的结温度，使得在芯片内的温度分布不均匀，应变，从而降低内部量子效率和芯片的可靠性。热应力在一定程度上，并且LED芯片可能导致破损。

引起LED封装材料失效的因素研究主要内容包括：温度、湿度和电压。

目前，研究的最为深入和广泛的是温度对LED封装可靠性的影响。温度使LED模块及系统失效的原因在于以下几个方面：

高温会加速包装材料的降解，降低其性能；

（2）结温对LED的性能会产生一个很大的影响。过高的结温会使这些荧光粉层烧黑碳化，使得LED光效急剧增加降低或造成一些灾难性事件失效。另外，由于使用硅胶和荧光粉具有颗粒发展之间的折射率和热膨胀系数不匹配，过高的温度环境会使荧光粉的转换工作效率不断下降，并且掺的荧光粉结构比例越来越高，光效下降的越厉害；

（3）传热系数由于在材料之间的界面的包封材料，所述温度梯度和非均匀的温度分布在材料内可能开裂或分层之间的失配。这些可能会造成裂纹和分层下垂，芯片之间的分层，磷光体层可降低光提取效率，荧光体层和所述硅树脂灌封最大光提取效率之间的分层可通过20％以上的下降。在基板和硅胶之间的分层甚至可能导致金线断裂，从而导致灾难性的失效。

通过对高湿环境的实验发现，湿度的入侵不仅使 led 的光效率下降，而且可能导致灾难性的故障。结果表明，湿度对分层缺陷的形成起着重要作用，分层现象使 led 的光效率降低，不同的切屑表面粗糙度导致不同的失效模式。

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