一站式的材料检测、分析与技术咨询服务
什么是LED 光衰？ LED 失效分析
摘要
本文通过X 射线透视检查、LED 内部结构分析、SEM/EDS检查及LED 发光温度分析，认为造成LED 光衰的原因为：封装材料热膨胀系数不一样，LED 所使用荧光粉散热性能不好，产生大量热量聚集于LED 内部，导致内部温度过高，使LED 内部不同层间出现断裂或裂纹，与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能，导致K 离子迁移，荧光层发光效率随着K 离子的不断迁移而降低，黄光强度不断降低，因此失效样品首先出现光衰现象，然后出现蓝光现象。
1. 案例背景
该产品使用领域为医疗方面，牙医使用此LED 作为光源，白光LED 在使用一段时间后，出现光衰及蓝光现象，委托方要求分析LED 光衰的失效机理，并给出改进建议。
2. 分析方法简述
外观检查中可以比较明显看出OK 样比NG 样荧光层颜色鲜艳。
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通过X 射线透视检查，OK 样和NG 样内部线路均未发现开路问题。
将OK 和
NG
切片，然后在金相显微镜下放大观察荧光层与芯片层发现NG 样有断层产生，而OK 样没有。
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通过SEM/EDS分析，OK 样荧光粉层中未检测到镓（Ga ）元素，检测到有钾（K ）元素，而NG 样荧光粉层检测到Ga 元素，未检测到K 元素。
3. 分析与讨论
外观检查中可以比较明显看出
OK 样比NG 样荧光层颜色鲜艳；LED 光谱图14可以看
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出OK 样和NG 样在蓝光区发光强度基本一致，表明芯片基本没有受损，而荧光粉发光区域出现明显差异，NG 样蓝光相对强度为32%，明显低于OK 样70%；
OK 样和NG 样荧光粉层成分差异，基本可以判定失效现象是由于荧光粉在工作过程发生变性而产生；其失效机理如下：
元素分析中我们可以看到有Lu 元素和K 元素的存在，荧光粉效率随着加入钾离子浓度的提高而增加，其发光强度逐渐增强，当钾离子增加到一定值后，其发光强度逐渐降低，Lu 离子起到将蓝光转换为黄光作用，然后蓝光和所激发黄光混合发出白光。
由温度测试我们发现发白光的光衰NG 样品所能达到的温度高于发蓝光
NG 样，表明荧光粉情况良好反而导致散热性能相对不好，内部温度短时间内能达到较高温度。该产品使用领域为医疗方面，牙医使用此LED 作为光源，诊断完一位病人需要一定时间，诊断完后会将关掉，待下一位病人过来有需要打开，诊断一定时间后又关掉，如此循环往复，造成
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LED 灯每回工作达到一个较高温度后又降至常温，然后又升到较高温后降温，循环往复造成封装材料热胀冷缩，而由于不同封装材料热膨胀系数不一样，从而导致材料之间在高温与低温不断变化过程中产生断层或裂纹。正常样和失效样均发现有断层现象，可能是由于正常样已经处于失效萌生状态。
发生断层后荧光粉层与发光极接触产生电迁移，NG 样电极上Ga 离子被迁移进荧光粉层，而荧光粉层中本应有的K 离子被迁移到别处。随着K 离子被迁移出荧光层，导致荧光粉发光效率不断降低，最终导致芯片所发蓝光和荧光粉层所激发黄光不匹配，从而导致正常LED 灯首先经历光衰，随着黄光强度不断降低，最终发出蓝光。
4. 结论
LED 光衰失效分析结论：产生光衰及蓝光现象的可能原因是封装材料热膨胀系数不一样，LED 所使用荧光粉散热性能不好，产生大量热量聚集于LED 内部，导致内部温度过高，使LED 内部不同层间出现断裂或裂纹，与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能，导致K 离子迁移，荧光层发光效率随着K 离子的不断迁移而降低，黄光强度不断降低，因此失效样品首先出现光衰现象，然后出现蓝光现象。
建议：（1）优化系统的散热性能参数；（2）改善目前LED 材料之间的热膨胀系数匹配性较差的问题。
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什么是LED 光衰？ LED 失效分析
摘要
本文通过X 射线透视检查、LED 内部结构分析、SEM/EDS检查及LED 发光温度分析，认为造成LED 光衰的原因为：封装材料热膨胀系数不一样，LED 所使用荧光粉散热性能不好，产生大量热量聚集于LED 内部，导致内部温度过高，使LED 内部不同层间出现断裂或裂纹，与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能，导致K 离子迁移，荧光层发光效率随着K 离子的不断迁移而降低，黄光强度不断降低，因此失效样品首先出现光衰现象，然后出现蓝光现象。
1. 案例背景
该产品使用领域为医疗方面，牙医使用此LED 作为光源，白光LED 在使用一段时间后，出现光衰及蓝光现象，委托方要求分析LED 光衰的失效机理，并给出改进建议。
2. 分析方法简述
外观检查中可以比较明显看出OK 样比NG 样荧光层颜色鲜艳。
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将OK 和
NG
切片，然后在金相显微镜下放大观察荧光层与芯片层发现NG 样有断层产生，而OK 样没有。
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通过SEM/EDS分析，OK 样荧光粉层中未检测到镓（Ga ）元素，检测到有钾（K ）元素，而NG 样荧光粉层检测到Ga 元素，未检测到K 元素。
3. 分析与讨论
外观检查中可以比较明显看出
OK 样比NG 样荧光层颜色鲜艳；LED 光谱图14可以看
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出OK 样和NG 样在蓝光区发光强度基本一致，表明芯片基本没有受损，而荧光粉发光区域出现明显差异，NG 样蓝光相对强度为32%，明显低于OK 样70%；
OK 样和NG 样荧光粉层成分差异，基本可以判定失效现象是由于荧光粉在工作过程发生变性而产生；其失效机理如下：
元素分析中我们可以看到有Lu 元素和K 元素的存在，荧光粉效率随着加入钾离子浓度的提高而增加，其发光强度逐渐增强，当钾离子增加到一定值后，其发光强度逐渐降低，Lu 离子起到将蓝光转换为黄光作用，然后蓝光和所激发黄光混合发出白光。
由温度测试我们发现发白光的光衰NG 样品所能达到的温度高于发蓝光
NG 样，表明荧光粉情况良好反而导致散热性能相对不好，内部温度短时间内能达到较高温度。该产品使用领域为医疗方面，牙医使用此LED 作为光源，诊断完一位病人需要一定时间，诊断完后会将关掉，待下一位病人过来有需要打开，诊断一定时间后又关掉，如此循环往复，造成
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LED 灯每回工作达到一个较高温度后又降至常温，然后又升到较高温后降温，循环往复造成封装材料热胀冷缩，而由于不同封装材料热膨胀系数不一样，从而导致材料之间在高温与低温不断变化过程中产生断层或裂纹。正常样和失效样均发现有断层现象，可能是由于正常样已经处于失效萌生状态。
发生断层后荧光粉层与发光极接触产生电迁移，NG 样电极上Ga 离子被迁移进荧光粉层，而荧光粉层中本应有的K 离子被迁移到别处。随着K 离子被迁移出荧光层，导致荧光粉发光效率不断降低，最终导致芯片所发蓝光和荧光粉层所激发黄光不匹配，从而导致正常LED 灯首先经历光衰，随着黄光强度不断降低，最终发出蓝光。
4. 结论
LED 光衰失效分析结论：产生光衰及蓝光现象的可能原因是封装材料热膨胀系数不一样，LED 所使用荧光粉散热性能不好，产生大量热量聚集于LED 内部，导致内部温度过高，使LED 内部不同层间出现断裂或裂纹，与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能，导致K 离子迁移，荧光层发光效率随着K 离子的不断迁移而降低，黄光强度不断降低，因此失效样品首先出现光衰现象，然后出现蓝光现象。
建议：（1）优化系统的散热性能参数；（2）改善目前LED 材料之间的热膨胀系数匹配性较差的问题。