前沿拓展：

摘要

本文以LED封裝的五大原物料及五大制程為基礎，分析影響LED壽命的的主要因素，以高溫、大電流為試驗條件，探討快速老化試驗快速分析甄別LED。為快速導入LED廠商做依據。

引言

隨著LED產品的不斷發展，LED行業無論是從上游的晶片，中游的封裝還是下游的應用都呈現出百花齊放模式。然而現在正從百花齊放的狀態往大洗牌的模式發展，如何在LED大洗牌中存活起來，其中最大的因素就是提高自身產品的性價比。所以目前LED行業無論是飛利浦、Osram等LED巨頭還是一些國內小規模公司都在進行殘酷的價格戰。而對于LED照明產品，LED顆粒占成本比例最高，所以LED應用廠會不停的尋找低成本的LED顆粒供應商，而LED顆粒供應商要使自己產品更有性價比就一定要做降本。所以LED芯片、金線、支架等這些原物料就首當其沖被替換。

就目前來講LED顆粒單價的降本頻率已經從之前的季度降本提高到每月降本，所以如何對LED信賴性做好把關非常關鍵。如果采用LM 80/LM 79的測試方式顯然不能滿足應用廠的要求，LM 80的測試周期一般正常為6000hr，按照這樣的方式驗證完成后LED顆粒的價格早已做過幾次更新。所以對于LED應用廠來說，需要在最短的時間內對一款LED信賴性作出判斷，即探討一種低成本、快速、有效的篩選LED顆粒的方法。

LED封裝物料介紹

如上圖(1)所示，LED主要的原物料有封裝膠、金線、晶片、固晶膠、支架五個部分。每種物料都會直接影響LED性能。例如較差的封裝膠不但會導致出光效率低，更會導致材料容易受潮，硫化風險增大。

隨著LED封裝企業越來越多，迫于成本及競爭淘汰的壓力，封裝廠使用的線材已經從剛開始的99.99%的純金線演變成K金線，鍍鈀銅線，而這些線材導熱率會下降，而且延展性降低，這樣對于外界產生的應力會很敏感，很容易產生斷線，舉例來講，因為LED為潮濕敏感性器件，如果LED中有水汽進入，當貼片完成后過回流焊時會因熱膨脹產生應力，如果線材延展性不好會很容易因應力導致斷線，從而造成過回流焊后死燈現象嚴重。

另外迫于成本的壓力，很多封裝廠是都在減小晶片的尺寸，并且過電流操作例如早期10*30mil晶片只會做到0.1W，驅動到30mA，而現在有些廠商會過載到100mA，這樣已經超過此晶片的最大承受電流，光衰的風險太大。

對LED壽命影響較大的另一個重要物料就是支架。 對于同樣一顆LED，在成本不變的前提下，要獲取更多的光通量，最有效的方法就是過電流來驅動，但是這樣操作會造成電流密度過大，從而導致熱量的增加非常大，如下圖2所示使用同一家2835 1W LED做蠟燭燈,推不同電流對應的溫度。

從上圖可以看出，LED驅動電流下降20%，對應的LED芯片表面溫度下降17%。另外130°已經超過了LED芯片的最大承受溫度(一般中小功率芯片為115°，較好點的為125°)。過高的溫度不但導致LED芯片損傷，熒光粉激發效率降低，也會使支架上的反射蓋黃化，從而最終都會導致LED光衰嚴重。

目前中小功率(0.5W以下)使用的還是PA9T，有些廠商出于成本的考量甚至還在使用PA6T，不耐高溫。對于耐高溫來講表現最好的為EMC，其次為PCT，然后是PA9T，PT6T表現最差。

LED快速老化的方法探討

本文基于LED應用廠探討LED顆粒快速老化試驗方法，當LED應用廠拿到LED封裝廠提供的樣品后，分三部分進行篩選測試：①.對LED顆粒進行初始光電參數測試，包括不同參數下的光電參數，芯片尺寸等；②.常溫、1.5倍電流快速老化測試；③.85℃、標稱電流快速老化測試。下面以一個實際案例進行說明。

需要說明的一點是：本文中的快速老化試驗所作出的壽命推估只做參考使用，目前還沒有一個快速老化試驗的標準，所以此方法僅作為照明應用廠在同等試驗條件下將多家供應商的LED顆粒進行比較試驗，擇優選取的參考。

初始光電參數測試及芯片尺寸量測

對A、B兩家LED顆粒樣品進行初始參數測試，測試結果如表1，從表格中可以看出A、B兩家材料初始光通量相當，其中B廠商電壓較低，整體光效會高于A廠商。

表1 A、B兩家LED顆粒初始光電參數

IF=150mA

廠商

NO.

VF

Φ

光效

X

Y

CCT

Ra

R9

SDCM

A-3000K

1

3.25

54.73

112.14

0.4429

0.4044

2904

81.2

0.1

1.5

2

3.21

53.60

111.28

0.4386

0.4002

2939

81.7

2.2

1.2

3

3.24

53.00

109.24

0.4425

0.4032

2901

81.6

1.9

1.5

4

3.22

54.54

112.99

0.4420

0.4053

2926

81.4

1.3

1.1

5

3.24

53.58

110.21

0.4343

0.3977

2992

82.4

5.2

2.9

AVG.

3.23

53.89

111.17

0.4401

0.4022

2932

81.7

2.1

1.6

A-6500K

1

3.25

56.98

116.97

0.3208

0.3431

6022

81.4

-2.2

5.6

2

3.21

57.14

118.77

0.3184

0.3480

6117

81.0

-8.0

5.7

3

3.28

57.54

116.85

0.3183

0.3475

6121

80.9

-8.8

5.4

4

3.26

57.54

117.62

0.3140

0.3401

6363

81.8

-4.2

1.7

5

3.25

58.28

119.66

0.3195

0.3498

6063

80.4

-10.3

6.6

AVG.

3.25

57.50

117.97

0.3182

0.3457

6137

81.1

-6.7

5.0

B-3000K

1

3.16

56.62

119.45

0.4425

0.4060

2925

82.5

12.7

1.4

2

3.14

57.09

121.16

0.4319

0.3977

3034

83.5

17.5

4.1

3

3.14

56.89

120.83

0.4397

0.4045

2958

83.2

16.1

0.9

4

3.13

56.27

119.77

0.4383

0.4040

2976

83.1

15.2

1.4

5

3.15

56.23

118.84

0.4420

0.4039

2915

82.8

14.7

1.0

AVG.

3.15

56.62

120.01

0.4389

0.4032

2962

83.0

15.2

1.8

B-6500K

1

3.18

58.66

123.09

0.3186

0.3438

6127

82.9

1.5

4.1

2

3.12

57.37

122.67

0.3214

0.3464

5984

82.5

0.0

6.1

3

3.17

59.44

124.89

0.3207

0.3492

6011

82.1

-2.6

6.5

4

3.43

52.49

102.03

0.3132

0.3332

6449

83.6

7.6

2.7

5

3.17

58.23

122.56

0.3198

0.3451

6063

82.5

-0.6

5.0

AVG.

3.21

57.24

119.05

0.3187

0.3435

6127

82.7

1.2

4.9

從晶片2D圖可以看出A廠商使用的晶片尺寸大于B廠商，A廠商芯片的最大承受能力會大于B廠商，即在過電流操作的情況下，A廠商的的光衰會小于B廠商(2.2.4的老化試驗也證明了這點)。

常溫、1.5倍電流快速老化

各取5pcs(有條件的可取適當取多點數量)進行常溫(25℃)，1.5倍電流(225mA)快速老化試驗，分0hr、48hr、96hr、168hr四個階段測試光電參數，以光通量的變化量計算出各節點衰減比例。如表2所示。并根據各節點衰減比例模擬出LED顆粒的壽命曲線，如表3所示。從壽命曲線圖可以看出A廠商的LED壽命明顯優于B廠商。

85℃、標稱電流快速老化

各取5pcs(有條件的可取適當取多點數量)進行85℃、標稱電流(15mA)快速老化試驗，分0hr、48hr、96hr、168hr四個階段測試光電參數，以光通量的變化量計算出各節點衰減比例，如表4所示。并根據各節點衰減比例模擬出LED顆粒的壽命曲線，如表5所示。從試驗結果看，高溫老化試驗中，A廠商壽命也會比B廠商高。

小結

通過本章的討論我們可以探討出適用于應用廠的快速篩選LED的方法：在同時拿到多家封裝廠LED的時候，首先可以對LED進行解剖，量測LED芯片尺寸，一般芯片越大抗ESD、抗大電流能力肯定越好；其次進行常溫、1.5倍(或者雙倍)快速老化試驗以及85℃、標稱電流老化試驗，根據0hr、48hr、96hr、168hr各節點的光通量衰減比例繪制出壽命推估，比較各廠商的光通量維持率能力，從而比較判斷各廠商的優劣，最后可以結合各廠商LED的單價在最短時間內選擇最具性價比的LED顆粒。

作者：馮少明

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微信號：cnledw2013

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