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led灯具失效的原因分?/span>

2025-02-22

LED 灯具失效的原因及(qing)其分?/p>

 LED 照明产品失效主要表现为光C重(衰减到初始光输出?0Q或50%)、灯具闪烁和灯具熄灭。其失效的原因可以主要归Uؓ(f) LED 光源失效?LED 驱动甉|失效?/p>

一?led知识Q什么是LED 光源失效

 LED 光源失效模式主要有芯片失效、封装失效、热q应力失效、电(sh)q应力失效以?qing)装配失效,其中以芯片失效和封装失效最为常见。以下主要介l芯片失效、封装失效、热q应力失效、电(sh)q应力失效四U模式?/p>

1Q芯片失?/p>

芯片失效是指芯片本n失效或其他原因造成芯片失效。造成q种失效的原因往往有很多种。芯片裂UҎ(gu)׃键合工艺条g不合适,造成较大的应力,随着热量U篏所产生的热机械应力也随之加强,D芯片产生微裂U,工作时注入的甉|?x)进一步加剧微裂纹使之不断扩大Q直臛_件完全失效。其ơ,如果芯片有源区本来就有损伤,则会(x)D在加?sh)过E中逐渐退化直臛_效,同样也会(x)造成灯具在用过E中光衰严重直至不亮。再者,若芯片粘l工Z良,在用过E中?x)导致芯片粘l层完全q_结面而得样品发生开路失效,同样也会(x)造成 LED 在用过E中发生"ȝ"现象。导致芯片粘l工Z良的原因Q可能是׃使用的银过期或者暴露时间过ѝ银用量q少、固化时间过ѝ固晶基面被污染{?/p>

2Q封装失?/p>

  装失效是指设计或生产工ZD器g失效。封装所用的环氧?wi)脂材料Q在使用q程中会(x)发生劣化问题Q致?LED 的寿命降低。这U劣化问题包括光透过率、折率、膨胀pL、硬度、透水性、透气性、填料性能{,其中以光透过率最为重要。有研究表明光的波长短Q光透过率的劣化严重,但是对于l光以上波长Q即大于560nmQ来_(d)q种影响q不严重?Lumileds ?003q曾公布q功?LED 白光器g?白光器g的寿命实验曲U,?9000 h 后,用硅?wi)脂装的功率器Ӟ光通量仍可l持初始?0%Q而用环氧?wi)脂装的对比曲U则表示Q在6000h后光通量l持率仅?0%。实验表明,在芯片发光效率相同的情况下,靠近芯片的环氧树(wi)脂明昑֏成黄Ԍl而变成褐艌Ӏ这U明昄退化过E,主要是׃光照和温升引L(fng)环氧?wi)脂光透过率的劣化所造成的。与此同Ӟ在由蓝光Ȁ发黄色荧光粉发出白光?LED 中,装透镜的褐变会(x)影响其反性,q且使得发出的蓝光不以Ȁ发黄色荧光粉Q从而得光效和光谱分布发生改变?/p>

   气密性不良导致品高温后失效Q?LED 装后品气密性的好坏Q决定品在各种环境条g下用的可靠性,因放|环境及(qing)旉的媄(jing)响,D产品吸潮。在高温焊接Ӟ加热初期Q微量的水蒸气压力?wi)脂接口分层Q水蒸气的压力随着焊接温度升高Q?wi)脂膨胀开裂,水蒸气透过?wi)脂裂痕排出Q树(wi)脂膨胀时的应力拉断W二焊点金丝

以及(qing)银胶qQ导致失效现象。在光电(sh)行业?LED 的气密性指标是评h(hun)产品质量水^的一个重要的指标。生气密性不良的原因有:(x)支架和环氧的选型是否匚wQ固化条件的控Q支架表面清z程度,Ҏ(gu)工艺的实施保障等?/p>

   对于装而言Q还有一个媄(jing)?LED 寿命的重要因素就是腐蚀。在 LED 使用中,一般引赯蚀的主要原因是水汽渗入?jin)封装材料内部,D引线变质?PCB 铜线锈蚀。有Ӟ随水汽引入的导电(sh)d?x)驻留在芯片表面Q从而造成漏电(sh)。此外,装质量不好的器Ӟ在其装体内部会(x)有大量的D留气(chng)Q这些残留的气(chng)同样也会(x)造成器g的腐蚀?/p>

3Q热q应力失?/p>

   温度一直是影响 LED 光学性质的重要因素,而在研究 LED 失效模式的时候,国内外学者考虑到将工作环境温度作ؓ(f)加速应力,来进?LED 加速寿命实验。这是因为在 LED pȝ热阻不变的前提下Q封装引脚焊接点的温度升高,则结温也?x)随之升高,从而导?LED 提前失效?/p>

  Hsu {h对不同厂商所提供?LED 样品q行加速寿命实验,该实验将 led 样品分别|于80℃?00℃?20℃下Q?.2V?sh)压驱动Qƈ且规定当样品的光功率下降到v始值的50Q时Q即判定为失效。实验结果表明:(x)高功?LED 的寿命随着加速寿命实验温度的升高以及(qing)加速时间的增加而减。在加速寿命实验中Q?LED l温升高?x)得环氧?wi)脂材料发生异变,从而增加了(jin)pȝ的热阻,使得芯片与封装之间的受热表面发生退化,最l导致封装失效?/p>

4Q电(sh)q应力失?/p>

   LED 若在q电(sh)的情况下用或者静(rn)?sh)冲(yn)L伤了(jin)芯片Q都?x)造成芯片开路,形成?sh)过应力失效Q例如, GaN 是宽带材料Q电(sh)ȝ较高。如果用该c芯片,在生产过E中因静(rn)?sh)生的感生电(sh)荷不易消失Q当其篏U到相当的程度时Q可以生很高的?rn)?sh)?sh)压Q该?sh)压一旦超q材料的承受能力Q就?x)发生击I现象ƈ攄(sh)Q得器件失效?/p>

  LED 光源的寿命主要表Cؓ(f)光衰Q通常?LED 光输?gu)减到初始光输出?0Q或50Q作为判断寿命失效的指标Q即光通量l持寿命。由?LED 是高可靠性器Ӟ寿命一般都?x)超q几千小时甚x一万多时Q直接测量等待光衰到指定值的做法在工业上的应用十分困难。固态照明系l的可靠性是一个非帔R要的参数Q一个完备的固态照明系l应该具备高质量、高可靠性、低失效率、高寿命{特征?/p>

二、LED 驱动甉|失效

   相对?LED 光源来说Q?LED 驱动甉|的结构更复杂Q需要权衡的地方?x)更多,使?LED 驱动甉|往往?LED 光源先失效。据l计Q整灯失效中过80Q的原因是电(sh)源出C(jin)故障。导?LED 驱动甉|失效的原因很多,可归Uؓ(f)以下5大类?/p>

1.LED甉|散热不良

   驱动?sh)\q(sh)子元件组成,数元gҎ(gu)度非常敏感。如?sh)解电(sh)容Q通行的电(sh)解电(sh)容寿命估公式ؓ(f)"温度每降?0度,寿命增加一?quot;Q散热不良很可能D其寿大大~短Q提前失效,致 LED ?sh)压出现故障Q灯具失效。尤其是对于内置式电(sh)源(攑֜整灯内的甉|Q,发热量大的电(sh)源会(x)增加整灯的导热、散热压力, LED 的温度将升高Q其光效和寿命将大大降低。所以在设计 LED 甉|Ӟ应该重视其自n的散热问题。因此在开始设计灯具初期进行评伎ͼ甉|的设计同步进行,p解决以上问题。在设计中要l合考虑 LED 的散热和甉|的散热,整体控制灯具的温升,q样才能设计?gu)好的灯具?/p>

(1Q功率设计。虽?LED 光效高,但是q有80%~85Q的热能损耗,致灯具内部?0~30K的温升,如果室温?5℃,灯具内部则有45~55℃,甉|长时间在高温环境下工作,要保证寿命就必须加大功率裕量Q一般留?.5~2倍的裕量?/p>

(2Q元仉型。灯具内部温度在45~55℃时Q电(sh)源内部温升还?0℃左叻I则元仉q的温度要达?5~75℃。有些元件在高温时参C(x)飘移Q甚臛_命会(x)~短Q所以器件要选择能在较高温度下长旉使用的,q要特别注意?sh)解电(sh)容和导Uѝ?/p>

(3Q电(sh)性能设计。开关电(sh)源针?LED 的参数设计,主要是恒参敎ͼ甉|的大决?LED 的亮度,如果扚w甉|误差较大Q则整批灯的亮度不均匀。而且温度的变化也能致使电(sh)源输出电(sh)偏UR一般批量误差控制在?Q以内,才能保证灯的亮度一_(d) LED 的正向压降有偏差Q电(sh)源设计的恒流?sh)压范围要包?LED 的电(sh)压范围。多?LED 串联使用Ӟ最压降乘以串联数量ؓ(f)下限?sh)压Q最大压降乘以串联数量ؓ(f)上限?sh)压Q电(sh)源的恒流?sh)压范围要比q个范围E宽些,一般上下限各留1~2V裕量?/p>

(4) PCB 布板设计?LED 灯具留给甉|的尺寸较?yu)(除非甉|是外|的Q,所以在 PCB 设计上要求较高,要考虑的因素也较多。安全距要留够Q要求输入和输出隔离的电(sh)源,一ơ侧?sh)\和二ơ侧?sh)\要求耐压1500~2000VACQ在 PCB 上至要留够3mm的距R如果是金属外壳的灯P则整个电(sh)源的布板q要考虑高压部分和外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距d要利用其他措施保证绝~,比如?PCB 上打孔、加l缘U、灌绝~胶{。另外布板还要考虑热量

均衡Q发热元件要均匀分布Q不能集中放|,避免局部温度升高。电(sh)解电(sh)容远ȝ源,减缓老化Qg长用寿命?/p>

3Q雷?yn)L?/p>

   雷击是一U常见的自然现象Q特别是在雨季尤为常见。其所带来的危宛_损失全球每年以千亿美元来计。雷d为直接雷d间接雷击Q间接雷主要包括传导雷和感应雗由于直接雷所带来的能量冲击非常大Q破坏力极强Q一般电(sh)源是无法承受的,故这里主要讨论的是间接雷型?/p>

  雷击所形成的浪涌冲?yn)L一U瞬态LQ属于瞬变干扎ͼ可以是浪涌电(sh)压,也可以是涌甉|。沿着甉|U或其他路径Q传导雷Q或通过늣场(感应P(j)而传送至甉|U\。其波Ş特征是先快速上升然后慢慢下降。这U现象会(x)对电(sh)源生致命的影响Q其产生的瞬间的涌冲击q远出一般电(sh)子器件的甉|应力,D的直接结果是?sh)子元g损坏?/p>

4Q电(sh)|电(sh)压超出电(sh)源负?/p>

  当同一个变压器늽支\配线太长Q支路中有大型动力设备时Q在大型讑֤启停Ӟ늽?sh)压会(x)剧烈L动,甚至D늽不稳。当늽瞬时?sh)压?10VAC时有可能损坏驱动器(即有防雯|也无效Q因为防雯|是应对几十微秒U别的脉冲尖峎ͼ而电(sh)|L动可能达到几十毫U,甚至几百毫秒Q。因此,路灯照明支\늽上有大型?sh)力机械时要特别注意Q最好监下늽波动q度Q或者由单独늽变压器供c(din)?/p>

5Q焊点失?/p>

  甉|装主要涉及(qing) PCB 板与元器件之间的q接工序Q其中焊Ҏ(gu)演着重要的角艌Ӏ焊点的主要作用是实现电(sh)子元器g与基板( LED 甉|中针对的?PCB 板)(j)的机械连接和甉|q接Q焊点质量严重媄(jing)响着器g的可靠性。焊点失效一斚w来自于生产装配中的焊接故障,如焊料桥q、虚焊、空z、曼哈顿现象。另一斚w是在服役q程中,当环境温度变化时Q由于元器g?PCB 板存在热膨胀pL差,在焊点内产生热应力,应力的周期性变化会(x)造成焊点的疲x伤,最l导致疲力_效?/p>

   所?LED 驱动甉|在设计和l装时应充分考虑以上五个失效原因Q只有这h能设计出高质量、高可靠性的驱动甉|?/p>

   此外Q整灯最重要的应力媄(jing)响因素包括湿度、温度、电(sh)、电(sh)压、机械力、化学和光辐。这些应力相互作用,施加?LED 产品上,形成各种失效模式Q最后媄(jing)响品寿命。首先要注意的就?led 的光衰特性,传统灯具一般点?00h之后p行测量,?LED 灯具来说Q这个时间太短。其ơ是 LED 的热Ҏ(gu), LED 的发光、颜色等都与其热Ҏ(gu)相兟뀂除?LEd 本n的热Ҏ(gu), LED 灯具的散热设计也?x)?jing)?LED 的光效、寿命?/p>

    目前许多灯具的散热设计参差不齐,造成有些 LED 灯光效低、寿命短Q这实际上ƈ不是 LED 灯本w的问题Q而是灯具设计不良?LED 寿命很长Q但真正拿到室外环境中应用就很容易出现各U问题:(x)?10℃的哈尔滨, LED 无法启动Q在赤道地区Q气候炎热 LED 的散热问题严重。环境因素 LED 寿命不能得到保证Q这是最大的问题?LED 在室内可以达C万小Ӟ可是在某些环境要求既散热又防_(d)但这两者在一定程度上是矛盄Q这些都?LED 的寿命提Z(jin)挑战?/p>


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