这种快速老化试验方法 LED应用厂可以试试!

中国LED在线inside讯】摘要:本文以LED封装的五大原物料及五大制程为基础,分析影响LED寿命的的主要因素,以高温、大电流为试验条件,探讨快速老化试验快速分析甄别LED。为快速导入LED厂商做依据。

关键词:LED封装物料、快速老化

引言

随着LED产品的不断发展,LED行业无论是从上游的晶片,中游的封装还是下游的应用都呈现出百花齐放模式。然而现在正从百花齐放的状态往大洗牌的模式发展,如何在LED大洗牌中存活起来,其中最大的因素就是提高自身产品的性价比。所以目前LED行业无论是飞利浦、OSRAM等LED巨头还是一些国内小规模公司都在进行残酷的价格战。而对于LED照明产品,LED颗粒占成本比例最高,所以LED应用厂会不停的寻找低成本的LED颗粒供应商,而LED颗粒供应商要使自己产品更有性价比就一定要做降本。所以LED芯片、金线、支架等这些原物料就首当其冲被替换。

就目前来讲LED颗粒单价的降本频率已经从之前的季度降本提高到每月降本,所以如何对LED信赖性做好把关非常关键。如果采用LM 80/LM 79的测试方式显然不能满足应用厂的要求,LM 80的测试周期一般正常为6000hr,按照这样的方式验证完成后LED颗粒的价格早已做过几次更新。所以对于LED应用厂来说,需要在最短的时间内对一款LED信赖性作出判断,即探讨一种低成本、快速、有效的筛选LED颗粒的方法。

LED封装物料介绍

如上图(1)所示,LED主要的原物料有封装胶、金线、晶片、固晶胶、支架五个部分。每种物料都会直接影响LED性能。例如较差的封装胶不但会导致出光效率低,更会导致材料容易受潮,硫化风险增大。

随着LED封装企业越来越多,迫于成本及竞争淘汰的压力,封装厂使用的线材已经从刚开始的99.99%的纯金线演变成K金线,镀钯铜线,而这些线材导热率会下降,而且延展性降低,这样对于外界产生的应力会很敏感,很容易产生断线,举例来讲,因为LED为潮湿敏感性器件,如果LED中有水汽进入,当贴片完成后过回流焊时会因热膨胀产生应力,如果线材延展性不好会很容易因应力导致断线,从而造成过回流焊后死灯现象严重。

另外迫于成本的压力,很多封装厂是都在减小晶片的尺寸,并且过电流操作例如早期10*30mil晶片只会做到0.1W,驱动到30mA,而现在有些厂商会过载到100mA,这样已经超过此晶片的最大承受电流,光衰的风险太大。

对LED寿命影响较大的另一个重要物料就是支架。 对于同样一颗LED,在成本不变的前提下,要获取更多的光通量,最有效的方法就是过电流来驱动,但是这样操作会造成电流密度过大,从而导致热量的增加非常大,如下图2所示使用同一家2835 1W LED做蜡烛灯,推不同电流对应的温度。

图2 LED不同驱动电流对应温度(测试仪器:红外热像仪)

从上图可以看出,LED驱动电流下降20%,对应的LED芯片表面温度下降17%。另外130°已经超过了LED芯片的最大承受温度(一般中小功率芯片为115°,较好点的为125°)。过高的温度不但导致LED芯片损伤,荧光粉激发效率降低,也会使支架上的反射盖黄化,从而最终都会导致LED光衰严重。

目前中小功率(0.5W以下)使用的还是PA9T,有些厂商出于成本的考量甚至还在使用PA6T,不耐高温。对于耐高温来讲表现最好的为EMC,其次为PCT,然后是PA9T,PT6T表现最差。

LED快速老化的方法探讨

本文基于LED应用厂探讨LED颗??焖倮匣匝榉椒?,当LED应用厂拿到LED封装厂提供的样品后,分三部分进行筛选测试:①.对LED颗粒进行初始光电参数测试,包括不同参数下的光电参数,芯片尺寸等;②.常温、1.5倍电流快速老化测试;③.85℃、标称电流快速老化测试。下面以一个实际案例进行说明。

需要说明的一点是:本文中的快速老化试验所作出的寿命推估只做参考使用,目前还没有一个快速老化试验的标准,所以此方法仅作为照明应用厂在同等试验条件下将多家供应商的LED颗粒进行比较试验,择优选取的参考。

初始光电参数测试及芯片尺寸量测

对A、B两家LED颗粒样品进行初始参数测试,测试结果如表1,从表格中可以看出A、B两家材料初始光通量相当,其中B厂商电压较低,整体光效会高于A厂商。

表1  A、B两家LED颗粒初始光电参数

从晶片2D图可以看出A厂商使用的晶片尺寸大于B厂商,A厂商芯片的最大承受能力会大于B厂商,即在过电流操作的情况下,A厂商的的光衰会小于B厂商(2.2.4的老化试验也证明了这点)。

图3  A、B厂商芯片2D图

常温、1.5倍电流快速老化

各取5pcs(有条件的可取适当取多点数量)进行常温(25℃),1.5倍电流(225mA)快速老化试验,分0hr、48hr、96hr、168hr四个阶段测试光电参数,以光通量的变化量计算出各节点衰减比例。如表2所示。并根据各节点衰减比例模拟出LED颗粒的寿命曲线,如表3所示。从寿命曲线图可以看出A厂商的LED寿命明显优于B厂商。



表2 常温、1.5倍电流光通量衰减比例

表3 常温、1.5倍电流寿命推估图

85℃、标称电流快速老化

各取5pcs(有条件的可取适当取多点数量)进行85℃、标称电流(15mA)快速老化试验,分0hr、48hr、96hr、168hr四个阶段测试光电参数,以光通量的变化量计算出各节点衰减比例,如表4所示。并根据各节点衰减比例模拟出LED颗粒的寿命曲线,如表5所示。从试验结果看,高温老化试验中,A厂商寿命也会比B厂商高。

表4  85℃、标称电流光通量衰减比例



表5  85℃、标称电流寿命推估图

小结

通过本章的讨论我们可以探讨出适用于应用厂的快速筛选LED的方法:在同时拿到多家封装厂LED的时候,首先可以对LED进行解剖,量测LED芯片尺寸,一般芯片越大抗ESD、抗大电流能力肯定越好;其次进行常温、1.5倍(或者双倍)快速老化试验以及85℃、标称电流老化试验,根据0hr、48hr、96hr、168hr各节点的光通量衰减比例绘制出寿命推估,比较各厂商的光通量维持率能力,从而比较判断各厂商的优劣,最后可以结合各厂商LED的单价在最短时间内选择最具性价比的LED颗粒。(作者:冯少明)


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