引言

LED背光燈技術作為新型下一代綠色光源，尚存在很多沒有解決的問題。其中包括一致性較差、成本較高和可靠性差等問題，而在實際使用過程中，會遇到高溫、高濕等惡劣環境，放大LED光源缺陷，加速材料老化，使LED光源快速失效。

本文以LED封裝老化失效為例，通過x-ray檢測、光參數測試、開封檢查、切片分析等方法，分析其失效機理，并提出改善建議。

一、案例背景

對LED背光燈條進行測試分析，查找其燈珠光衰暗亮原因。

二、分析過程

1. 失效復現

為了觀察失效燈條發光狀況，對失效燈條及正常燈條點亮觀察：

失效燈條與正常燈條一同點亮時，明顯觀察到失效燈條暗亮現象。對失效燈條單獨點亮時，燈條整體暗亮，但暗亮程度不一。

2. 外觀檢查

利用體視顯微鏡對失效燈條及正常燈條進行外觀檢查：

失效燈珠與正常燈珠外觀未發現開裂、破損等異?，F象，但失效燈條較正常燈條存在以下差異：①燈珠封裝膠體黃變；②PCB白油發黃變色。

以上現象表明，失效燈條服役環境溫度較高。

圖1. 失效燈條及正常燈條外觀檢查照片

3. X-Ray透視檢查

如圖所示，失效燈條PCB線路完好，未見明顯異常。失效燈條LED燈珠、二極管、電阻等器件內部結構完整，無異常。

失效燈條與正常燈條內部結構未見明顯差異。

圖2. 失效燈條與正常燈條X-Ray透視檢查照片

4. 半導體特性分析

利用半導體測試設備，對失效燈條、正常燈條分別進行I-V半導體特性測試，結果如下：

（1）對燈條整體I-V特性測試時，失效燈條與正常燈條I-V特性曲線完全重合，無差異；

（2）對LED燈珠兩端單獨測試時，失效燈條上所有LED燈珠I-V特性與正常燈珠無明顯差異。

由以上結果可知，失效燈條線路連接正常，電子器件功能正常，推測LED燈珠暗亮與封裝材料透光性有關。

備注：藍色曲線為正常樣品實測曲線，紅色曲線為失效樣品實測曲線。

圖3. 燈條整體I-V特性測試結果

備注：藍色曲線為正常樣品實測曲線，紅色曲線為失效樣品實測曲線。

圖4. 單顆燈珠I-V特性測試結果

5. 單顆燈珠點亮觀察

對切割后單顆LED燈珠進行點亮觀察。

NG燈條上LED11燈珠較其他燈珠相對偏亮，但亮度明顯低于正常燈珠，點亮現象與失效復現時點亮結果一致，即失效現象與LED燈珠狀態相關，與互連電路和其他器件無關。考慮到LED燈珠半導體特性完全一致，說明LED燈珠暗亮與封裝材料狀態存在極大的相關性。

6. 光參數測試

取失效燈條NG和正常燈條OK分別點亮，測試其光參數。

測試結果顯示：失效燈條與正常燈條主波長、顯示指數無明顯差異，而光通量遠低于正常燈條，近紅外波段異常凸顯，說明失效燈珠的發熱量較大。

圖5. 失效燈條及正常燈條光譜圖

7. 開封觀察

為了確認晶元本身是否正常，對失效燈珠及正常燈珠開封，觀察晶元表面狀態，并借助探針臺相同電壓條件下點亮失效晶元與正常晶元，觀察晶元發光狀況。

失效燈珠及正常燈珠開封后，晶元表面完好，未發現明顯異?，F象。（兩者晶元結構不同）

相同電壓條件下，失效燈珠晶元與正常燈珠晶元亮度無明顯差異，故排除晶元本身異常導致燈珠光衰嚴重的可能性。

圖6. 失效燈珠及正常燈珠開封后觀察照片

圖7. 失效燈珠及正常燈珠開封后晶元點亮照片

8. 剖面觀察

為了確認LED燈珠封裝膠體及熒光粉老化情況，對失效燈珠及正常燈珠切片，利用體視顯微鏡、金相顯微鏡及掃描電子顯微鏡分別對切片后截面進行觀察：

失效燈珠切片后發現以下異常：①封裝膠體整體變暗；②晶元表面封裝膠體老化嚴重。正常燈珠未發現封裝膠體老化跡象。

失效燈珠封裝膠體的老化說明燈珠服役溫度過高，燈珠內部最高溫度即結溫，故晶元表面老化程度最高。

圖8. 失效燈珠及正常燈珠切片后截面觀察照片

三、總結分析

（1）外觀檢查結果顯示，失效燈珠存在封裝膠體黃變、PCB白油發黃變色現象，表明失效燈條服役溫度過高；

（2）半導體特性分析及單顆LED燈珠點亮觀察結果顯示，失效燈條線路連接正常，電子元器件功能正常，所有燈珠I-V半導體特性正常。

（3）光參數測試結果顯示，失效燈條光通量遠低于正常燈條，且近紅外光譜異常；

（4）開封后，失效燈珠晶元與正常燈珠晶元亮度無明顯差異，排除晶元本身異常對燈珠暗亮的影響；

（5）剖面觀察結果顯示，失效燈珠封裝膠體呈現老化現象，尤其晶元表面封裝膠體老化嚴重。

四、結論與建議

綜合以上測試結果可知，LED燈珠光衰暗亮的原因為：封裝膠體受熱老化發黑，老化后的封裝膠體降低了材料透光性。

改善建議

對燈條的服役環境進行確認，高度懷疑終端產品熱設計存在極大問題，并未對LED結溫有效管理。

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