户外LED大屏幕芯片故障和封装故障的原因是什么

灯珠是由多个模块组成的系统。每个部件的故障都会导致故障。

有近30种故障模式，从发光芯片到LED珠。LED珠的失效模式如表所示。该LED分为两部分：芯片和外部封装。

然后，将LED失效的模式和物理机制分为芯片失效和封装失效进行讨论。

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导致LED故障的因素主要包括静电、电流和温度。

静电放电可释放瞬时超高压，带来极大危害。ESD引起的LED芯片故障可分为软故障模式和硬故障模式。静电引起的高电压/电流导致LED芯片短路，成为硬故障模式。大型LED屏幕芯片中的短路可能是由于高电压导致电解液破裂，或者高电流密度导致芯片中产生电流通路。

稍低电压/电流的静态放电会导致LED芯片软故障。软故障通常伴随着芯片反向泄漏电流的减少，这可能是由使部分泄漏电流路径消失的高反向电流引起的。与垂直LED芯片相比，静电对水平LED芯片的危害更大。由于水平LED芯片的电极位于芯片的同一侧，静电产生的瞬态高压更有可能使芯片上的电极短路，从而导致LED芯片故障。

大电流也会带来LED芯片故障：一方面，大电流会带来相对较高的结温；另一方面，具有高动态能量的电子进入PN结将破坏MG-H和GA-N键。

MG-H键的断裂将进一步激活P层中的电荷载流子，导致LED芯片在老化开始时出现光功率上升阶段，而GA-N键的破坏将形成氮空位。氮空位增加了非辐射复合的可能性，从而解释了器件光功率的衰减。氮空位的形成需要很长时间才能达到平衡，这是LED芯片老化缓慢的主要原因。

同时，高电流会导致LED芯片内的电流拥挤。LED大屏幕芯片中的缺陷密度越大，电流拥挤现象越严重。电流密度过高会导致金属电迁移，导致LED芯片失效。此外，在电流和温度的双重作用下，InGaN发光二极管也会在有效掺杂的P层中出现非常不稳定的MG-H2配合物。

温度对LED大屏幕芯片的影响主要是降低内部量子效率和缩短LED芯片的寿命。这是因为内部量子效率是温度的函数，温度越高，内部量子效率越低。同时，温度对材料的老化效应会使欧姆触点和LED芯片内材料的性能恶化。此外，高结温使芯片中的温度分布不均匀，导致应变，从而降低内部量子效率和芯片可靠性。热应力在一定程度上很大，但也可能导致LED芯片破裂。

导致故障的因素主要包括温度、湿度和电压。

目前，最深入、最广泛的研究是温度对LED封装可靠性的影响。温度故障和系统故障的原因如下：

（2） 结温对LED大屏幕的性能有很大的影响。过高的结温会导致磷光体层烧黑和碳化，导致效率急剧降低或灾难性故障。此外，由于硅胶和荧光粉颗粒之间的折射率和热膨胀系数不匹配，温度过高会降低荧光粉的转换效率，并且荧光粉的比例越高，光效率的降低越严重。

（3） 由于包装材料之间的热导率不匹配以及温度梯度和温度分布不均匀，材料内部可能会出现裂纹或材料之间的界面可能会出现分层。这些裂纹和分层将导致光效率降低。芯片和磷光体层之间的分层会降低光效率，磷光体和封装硅胶之间的分层可以使光效率降低20%以上。硅胶和衬底之间的分层甚至可能导致金丝断裂，导致灾难性故障。

研究发现，水分的侵入不仅降低了LED的光效，而且可能导致LED大屏幕的灾难性故障。通过对85℃/85%RH高温高湿可靠性的实验研究，发现水分在分层缺陷的形成中起着重要作用。分层现象降低了LED的光效率，不同芯片表面的粗糙度导致不同的失效模式。

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