LED在高溫高濕度下的失效模式

LED（發(fā)光二極管）是一種特殊類型的二極管，當(dāng)其被連續(xù)電流通過時(shí)，基于電致發(fā)光原理，會發(fā)射紫外線、紅外線或可見光譜范圍內(nèi)的電磁輻射。與普通二極管一樣，這是一種具有稱為陽極（正極）和陰極（負(fù)極）的電端子的單向設(shè)備。設(shè)備的核心，稱為芯片，是一個p-n焊點(diǎn)，或者由用不同摻雜的相同半導(dǎo)體材料組成的兩個外圍區(qū)域組成的晶體。焊點(diǎn)由GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、InP（磷化銦）、GaN（氮化鎵）等材料或AlGaAs、AlGaP、GaAsP、GaAsInP、AlInGaP或AlInGaN等合金制成。根據(jù)所使用的材料，可以獲得不同顏色的發(fā)光（見下圖）、不同的電流-光子轉(zhuǎn)換性能以及不同的生產(chǎn)成本。

LED芯片級降解

當(dāng)LED在潮濕條件下通電時(shí)，如Tan等人所示，由于困在其中的水分，芯片可能會受到損害。這些困住的水分可以位于LED芯片與焊盤之間的界面或LED芯片上的接觸墊。在通電操作過程中或在加速濕度測試過程中產(chǎn)生的熱量可能會使累積在LED芯片附近的水分蒸發(fā)，從而對LED芯片結(jié)構(gòu)造成機(jī)械損害

在LED通電進(jìn)行光學(xué)測試時(shí)，芯片邊緣的損壞可能會發(fā)生，因?yàn)樵诩铀贊穸葴y試過程中累積的困在焊盤/熱界面材料（TIM）中或電子接觸墊之間的水分蒸發(fā)，從而對LED結(jié)構(gòu)造成機(jī)械損害。盡管GaN基LED在這種條件下仍可以正常工作，但預(yù)計(jì)光學(xué)藍(lán)光輸出會減少，而反向飽和電流則會增加。

互連相關(guān)故障（鍵合線、球體和附件）

當(dāng)LED長時(shí)間暴露在高濕度條件下時(shí)，鍵合線球體故障可能會發(fā)生。當(dāng)封裝體吸收的水分足夠攻擊LED芯片上的頂部電氣接觸時(shí)，線鍵合連接會從LED芯片表面脫落。這是因?yàn)樵赥an和Singh的工作中使用的LED樣品的鍵合墊上涂有銀，因此用于與外界連接芯片的金線可以擴(kuò)散到銀涂層中，導(dǎo)致在Au和Ag之間的界面處形成Kirkendall空洞，。在高濕度和高溫條件下，銀可以溶解到金球中，導(dǎo)致銀的去除率高達(dá)35.6 nm/s ，這確實(shí)是Tan和Singh觀察到的現(xiàn)象，他們表明，滲透LED封裝的水分可以從金球墊下面去除銀。因此，如報(bào)道所述，互連的串聯(lián)電阻增加，從而產(chǎn)生更多的熱量。

封裝相關(guān)故障
LED透鏡和封裝膠通常基于環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅和PMMA等聚合物，有機(jī)硅由于其對可見光的透明性和耐高溫褐變，是LED芯片封裝常用的聚合物。芯片和封裝膠的水分膨脹系數(shù)（CME）不同。CME中的這種不匹配會在封裝膠中引起濕機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致吸濕后封裝膠和骰子之間的界面分層，這種分層可防止光線從LED中出來并導(dǎo)致流明退化。

水分通過PC透鏡和LED封裝框架之間的接口進(jìn)入LED封裝。在LED芯片和封裝劑的界面處誘導(dǎo)分層。
當(dāng)LED封裝內(nèi)存在水分時(shí)，界面粘合強(qiáng)度降低40-60%，這導(dǎo)致不同界面的分層，例如LED芯片-芯片貼裝界面以及LED芯片和封裝劑接口。Luo等人和Bulong等人還證明，水分不僅擴(kuò)散到用作封裝劑的有機(jī)硅和鏡片材料中，而且還擴(kuò)散到兩種材料之間的界面中。