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      LED顯示屏芯片壽命試驗方法

      發布時間:2019-05-22 瀏覽:1110次 字號:  
       根據提出了壽命試驗條件 , 介紹了LED顯示屏壽命試驗過程 . 完善的試驗方案 , 消除可能影響壽命試驗結果準確性的因素 , 保證了壽命試驗結果的客觀性和準確性。低環境要求使 LED 應用范圍加大可靠的 LED 芯片質量將延長 LED 使用壽命采用科學的試驗線路和連接方式 , 使壽命試驗臺不但操作簡便、平安 , 而且試驗容量大 ;1 作為電子元器件 , 發光二極管( LightEmittingDiode-LED 已出現 40 多年 , 但長久以來 , 受到發光效率和亮度的限制 , 僅為指示燈所采用 , 直到上世紀末突破了技術瓶頸 , 生產出高亮度高效率的 LED 和蘭光 LED, 使其應用范圍擴展到信號燈、鄉村夜景工程、全彩屏等 , 提供了作為照明光源的可能性。隨著 LED 應用范圍的加大 , 提高 LED 可靠性具有更加重要的意義。 LED 具有高可靠性和長壽命的優點 , 實際生產研發過程中 , 需要通過壽命試驗對  LED 芯片的可靠性水平進行評價 , 并通過質量反饋來提高 LED 芯片的可靠性水平 , 以保證 LED 芯片質量 , 為此在實現全色系 LED 產業化的同時 , 開發了  LED 芯片壽命試驗的條件、方法、手段和裝置等 , 以提高壽命試驗的科學性和結果的準確性 ;2 壽命試驗條件的確定 , 電子產品在規定的工作及環境條件下 , 進行的工作試驗稱為壽命試驗 , 又稱耐久性試驗。隨著 LED 生產技術水平的提高 , 產品的壽命和可靠性大為改觀 ,LED   理論壽命為 10 萬小時 , 如果仍采用常規的正常額定應力下的壽命試驗 , 很難對產品的壽命和可靠性做出較為客觀的評價 , 而我試驗的主要目的 , 通過壽命試驗掌握 LED 芯片光輸出衰減狀況 , 進而推斷其壽命。根據 LED 器件的特點 , 經過對比試驗和統計分析 , 最終規定了 0.3 0.3mm2 以下芯片的壽命試   驗條件 , 樣品隨機抽取 , 數量為 8 10 粒芯片 , 制成 ф 5 單燈 ; 工作電流為 30mA; 環境條件為室溫( 25 ℃± 5 ℃ ) ; 試驗周期為 96 小時、 1000 小時和 5000 小時三種 , 工作電流為 30mA 額定值的 1.5 倍 , 加大電應力的壽命試驗 , 其結果雖然不能代表真實的壽命情況 , 但是有很大的參考價值;壽命試驗以外延片(外延片是指用外延工藝在襯底外表生長薄膜所生片的單晶硅片。一般外延層厚度為 2-20 微米 , 作為襯底的單晶硅片厚度為 610 微米左右。 外延工藝:外延生長技術發展于 20 世紀 50 年代末 60 年代初 , 為了制造高頻大功率器件 , 需要減小集電極串聯電阻。生長外延層有多種方法 , 但采用最多的氣相外延工藝 , 常使用高頻感應爐加熱 , 襯底置于包有碳化硅、玻璃態石墨或熱分解石墨的高純石墨加熱體上 , 然后放進石英反應器中 , 也可采用紅外輻照加熱。為了克服外延工藝中的某些缺點 , 外延生長工藝已有很多新的進展:減壓外延、低溫外延、選擇外延、抑制外延和分子束外延等。外延生長可分為多種 , 依照襯底和外延層的化學成分不同 , 可分為同質外延和異質外延;依照反應機理可分為利用化學反應的外延生長和利用物理反應的外延生長;按生長過程中的相變方式可分為氣相外延、液相外延和固相 外延等。生產批為母   樣 , 隨機抽取其中一片外延片中的 8~10 粒芯片 , 封裝成ф 5 單燈器件 , 進行為 96 小時壽命試驗 , 其結果代表本生產批的所有外延片。一般認為 , 試驗周期為  1000 小時或以上的稱為臨時壽命試驗。生產工藝穩定時 ,1000 小時的壽命試驗頻次較低 ,5000 小時的壽命試驗頻次可更低 ;3 過程與注意事項 , 對于 LED 芯片壽命試驗樣本 , 可以采用芯片 , 一般稱為裸晶 , 也可以采用經過封裝后的器件。采用裸晶形式 , 外界應力較小 , 容易散熱 , 因此光衰小、壽命長 , 與實際應用情況差別較大 , 雖然可通過加大電流來調整 , 但不如直接采用單燈器件形式直觀。采用單燈器件形式進行壽命試驗 , 造成器件的光衰老化的因素復雜 , 可能   有芯片的因素 , 也有封裝的因素。試驗過程中 , 采取多種措施 , 降低封裝的因素的影響 , 對可能影響壽命試驗結果準確性的細節 , 逐一進行改善 , 保證了壽命試驗結果的客觀性和準確性。   3.1 樣品抽取方式   壽命試驗只能采用抽樣試驗的評估方法 , 具有一定的風險性。首先 , 產品質量具備一定水平的均勻性和穩定性是抽樣評估的前提 , 只有認為產品質量是均勻的 , 抽樣才具有代表性;其次 , 由于實際產品質量上存在一定的離散性 , 采取分區隨機抽樣的方法 , 以提高壽命試驗結果準確性。通過查找相關資料和進行大量的對   比試驗 , 提出了較為科學的樣品抽取方式:將芯片按其在外延片的位置分為四區 , 分區情況參見圖一所示 , 每區 2 3 粒芯片 , 共 8 10 粒芯片 , 對于不同器件壽   命試驗結果相差懸殊 , 甚至矛盾的情況 , 規定了加嚴壽命試驗的方法 , 即每區 4 6 粒芯片 , 共 16 20 粒芯片 , 按正常條件進行壽命試驗 , 只是數量加嚴 , 而不是試驗條件加嚴;第三 , 一般地說 , 抽樣數量越多 , 風險性越小 , 壽命試驗結果的結果越準確 , 但是 , 抽樣數量越多抽樣數量過多 , 肯定造成人力、物力和時間的浪費 , 試驗利息上升。如何處置風險和成本的關系 , 一直是研究的內容 , 目標是通過采取科學的抽樣方法 , 同一試驗利息下 , 使風險性下降到最低 ;3.2 光電參數測試方法與器件配光曲線 , LED 壽命試驗中 , 先對試驗樣品進行光電參數測試篩選 , 淘汰光電參數超規或異常的器件 , 合格者進行逐一編號并投入壽命試驗 , 完成連續試驗后進行復測 , 以獲得壽命試驗結果。為了使壽命試驗結果客觀、準確 , 除做好測試儀器的計量外 , 還規定原則上試驗前后所采用的同一臺測試儀測試 , 以減少不必要的誤差因素 ,  這一點對光參數尤為重要;初期我采用丈量器件光強的變化來判斷光衰狀況 , 一般測試器件的軸向光強 , 對于配光曲線半角較小的器件 , 光強值的大小隨幾何位置而急劇變化 , 丈量重復性差 , 影響壽命試驗結果的客觀性和準確性 , 為了防止出現這種情況 , 采用大角度的封裝形式 , 并選用無反射杯支架 , 排除反射杯配光作用 ,  消除器件封裝形式配光性能的影響 , 提高光參數測試的精確度 , 后續通過采用光通量測量得到驗證 ;3.3 封裝工藝對壽命試驗的影響 , 封裝工藝對壽命試驗影響較大 , 雖然采用透明樹脂封裝 , 可用顯微鏡直接觀察到內部固晶、鍵合等情況 , 以便進行失效分析 , 但是并不是所有的封裝工藝缺陷都能觀察到 , 例如:鍵合焊點質量與工藝條件是溫度和壓力關系密切 , 而溫度過高、壓力太大則會使芯片發生形變發生應力 , 從而引進位錯 , 甚至出現暗裂 , 影響發光效率   和壽命。引線鍵合、樹脂封裝引人的應力變化 , 如散熱、膨脹系數等都是影響壽命試驗的重要因素 , 其壽命試驗結果較裸晶壽命試驗差 , 但是對于目前小功率芯片 , 加大了考核的質量范圍 , 壽命試驗結果更加接近實際使用情況 , 對生產控制有一定參考價值 ;3.4 樹脂劣變對壽命試驗的影響 , 現有的環氧樹脂封裝資料受紫外線照射后透明度降低 , 高分子資料的光老化 , 紫外線和氧參與下的一系列復雜反應的結果 , 一般認為是光引發的自動氧化過程。  樹脂劣變對壽命試驗結果的影響 , 主要體現 1000 小時或以上臨時壽命試驗 , 目前只能通過盡可能減少紫外線的照射 , 來提高壽命試驗結果的果客觀性和準確性。今后還可通過選擇封裝資料 , 或者檢定出環氧樹脂的光衰值 , 并將其從壽命試驗中排除 ;4 壽命試驗臺的設計 , 壽命試驗臺由壽命試驗單元板、臺架和專用電源設備組成 , 可同時進行 550 組( 4400 只) LED 壽命試驗 ; 根據壽命試驗條件的要求 ,LED 可采用并聯和串聯兩種連接驅動形式。并聯連接形式:即將多個 LED 正極與正極、負極與負極并聯連接 , 其特點是每個 LED  工作電壓一樣 , 總電流為Σ Ifn, 為了實現每個 LED 工作電流 If 一致 , 要求每個 LED 正向電壓也要一致。但是 , 器件之間特性參數存在一定差異 , 且  LED 正向電壓 Vf 隨溫度上升而下降 , 不同 LED 可能因為散熱條件差異 , 而引發工作電流 If 差異 , 散熱條件較差的 LED, 溫升較大 , 正向電壓 Vf 下降   也較大 , 造成工作電流 If 上升。雖然可以通過加入串聯電阻限流減輕上述現象 , 但存在線路復雜、工作電流 If 差別較大、不能適用不同 VF LED 等缺點 , 因   此不宜采用并聯連接驅動形式 ; 串聯連接形式:即將多個 LED 正極對負極連接成串 , 其優點通過每個 LED 工作電流一樣 , 一般應串入限流電阻 R, 如圖二為單串電路 , 當出現一個 LED 開   路時 , 將導致這串 8 個 LED 熄滅 , 從原理上 LED 芯片開路的可能性極小。認為壽命試驗的 LED, 以恒流驅動和串聯連接的工作方式為佳。采用罕見 78 系   列電源電路 IC 構成的 LED 恒流驅動線路 , 其特點是利息低、結構簡單、可靠性高; 通過調整電位器阻值 , 即可方便調整恒流電流;適用電源電壓范圍大 , 驅動電流較精確穩定 , 電源電壓變化影響較小 ; 臺架為一般規范組合式貨架 , 經過合理布線 , 使每一單元板可容易加載和卸載 , 實現在線操作。專用電源設備 , 輸出為 5 路直流 36V 平安電壓 , 負載能力為 5A, 其中 2 路具有微電腦定時控制功能 , 可自動開啟或關閉 ,5 路輸入、輸出分別指示 ; 本壽命試驗臺設計方案的優點:壽命試驗電流準確、可調、恒定 ; 具有微電腦定時控制功能 , 可自動開啟或關閉 ; 可同時適用不同 VF LED, 而不必另外調整 ; 采用單元組合結構 , 可隨時增加壽命試驗單元 , 實現在線操作 ; 采用低壓供電 , 保證平安性能.
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