王素彬
摘 要：本文阐述了LED显示屏中SMD LED的失效机理，利用超声波扫描仪的扫描结果剖析SMD LED的失效模式、失效原因及试验验证结果，通过试验结果验证了SMD LED的失效机理，最后基于超声波扫描技术提出SMD LED的使用注意事项。
关键词：超声波扫描 SMD LED 失效 受潮 分层 瞎点
中图分类号：TN27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0078-03
近幾年来随着LED晶片亮度的提升和封装技术的成熟、SMD LED在LED显示屏领域的广泛应用，LED全彩显示屏表贴技术开始风行业界，将LED全彩显示屏的应用推到了一个新的高度。对比传统的直插式LED全彩显示屏，户外表贴显示屏的画面更绚丽、更节能、箱体更轻薄、视角也更广阔，无论是应用于户内还是户外，取代传统直插式LED全彩显示屏已经成为大势所趋。本文就LED显示屏中SMD LED的失效机理进行阐述，并利用超声波扫描仪的扫描结果剖析SMD LED的失效模式、失效原因及实验验证结果，最后得出失效的原因及使用注意事项，以提升目前SMD LED显示屏的可靠性水平。
1 SMD LED失效机理
SMD LED失效方式如图1所示。
1.1 热应力
SMD LED是由支架、晶片、固晶底胶、连接线（金线、合金线、铜线等）和环氧树脂等多类型、热膨胀系数各异的材料复合而成。其中支架中的PPA和环氧树脂对LED的可靠性影响最大，受热应力影响特别显著。
1.2 湿应力
所有的PPA吸收一定的水分，都会引起增塑作用，当吸湿饱合后，Tg点会大幅度下降。当PPA的Tg点降低后，回流焊的高温就会导致PPA树脂变形，从而导致内部的金属框架产生位移，严重时导致焊点脱离和银胶剥离，SMD LED出现失效点（瞎点）或间歇性失效点（时亮时不亮）。
2 基于超声波扫描技术的失效分析及实验验证
2.1 失效样品失效分析
取瞎点的样品先进行无损分析——超声波扫描。
案例1：SMD LED厂家A的3528灯管客户使用3个月左右持续出现瞎点现象，寄回一个模组分析，用超声波扫描仪扫描，结果如图2所示。
从图2中可看出有50%存在分层，瞎点（图中的1、2、3）的管脚分层严重，取瞎点进行解剖分析，结果是掉电极、B或D点断、E点脱开等不良现象。
案例2：SMD LED厂家C的2020 LED生产过程中出现瞎点比率超标，随着持续点亮时间的延长，不良率跟着增加，呈现不稳定现象，抽取一个模组进行超声波扫描，扫描结果如图3所示。在瞎点SMD LED位置均出现管脚部位分层严重，对瞎点的SMD LED进一步解剖分析，结果是B或D点断、E点脱开等不良现象。
综上，从两个案例中可看出失效模组均存在SMD LED分层现象。
2.2 实验扫描分层的样品是否会失效
取超声波扫描有分层严重但测试还未出现瞎点的SMD LED分别进行高温高湿存储和冷热冲击试验，试验结果如表1所示。
从以上实验可得出，SMD LED有分层严重的，可靠性差，在后续使用中会出现瞎点不良。
2.3 产生分层的原因
取库存不同厂家（C、D、E）的真空包装好的SMD LED，各50PCS，进行以下实验。
实验①：直接进行分层扫描，均未发现分层，再过一次回流焊后进行分层扫描。
实验②：吸潮24h（40℃，RH90%）→回流1次，再进行扫描分析。
实验③：吸潮48h（40℃，RH90%）→回流1次，再进行扫描分析。
实验④：吸潮72h（40℃，RH90%）→回流1次，再进行扫描分析。
实验⑤：吸潮120h（40℃，RH90%）→回流1次，再进行扫描分析。
从实验结果（表2）可看出，随着受潮时间的增加，表贴灯的内部分层就越严重，但还没有立即出现失效问题。部分实验扫描分层图见图4～图6。
2.4 吸潮后如何处理
对吸潮后的SMD LED进行高温60℃（因考虑到卷盘能承受的温度而定）烘烤，不同的烘烤时间后再过回流焊，回流焊后再进行超声波扫描，结果如下。
（1）对吸潮24h（40℃，RH90%）、48h（40℃，RH90%）的SMD LED进行不同时间的烘烤，烘烤后再过回流焊一次再扫描。
实验⑥：吸潮24h（40℃，RH90%）→回流1次→烘烤4h（60℃）→回流1次。
实验⑦：吸潮24h（40℃，RH90%）→回流1次→烘烤24h（60℃）→回流1次。
实验⑧：吸潮48h（40℃，RH90%）→回流1次→烘烤4h（60℃）→回流1次。
实验⑨：吸潮48h（40℃，RH90%）→回流1次→烘烤24h（60℃）→回流1次。
从表3中可看出受潮24h、48h的产品，经烘烤4h，仍有较严重的分层现象；经烘烤24h后，分层现象改善明显。部分实验分层图如图7～图10所示。
（2）对受潮后进行烘烤24h处理的产品进行可靠性试验，以验证烘烤的效果，试验情况如表4所示。
3 结论
提高表贴灯管（SMD LED）显示屏的可靠性是一项复杂的系统工程，不仅需要熟悉了解表贴灯管的材料特性，而且要解决并掌握显示屏的生产制造的管控方法、关键工艺技术、实验分析方法及策量控制重点。
通过本项目的实验和分析，可得出以下结论。
（1）不同厂家的表贴灯管（SMD LED）的分层程度不同，分层跟各厂家所用材料、生产工艺、保管方式有关。
（2）表贴灯管（SMD LED）分层会引起瞎点或时亮时不亮。
（3）表贴灯管（SMD LED）分层是因为表贴灯管（SMD LED）受潮引起的，随着受潮时间的增加，分层程度会越来越严重。
（4）表贴灯管（SMD LED）受潮的可通过高温烘烤除湿，烘烤时间越长，分层比率就越低，烘烤到24h，基本能除去SMD LED里面的湿气。
按以上的实验结论，建议SMD LED的使用应注意以下几点。
（1）SMD LED属于湿敏元件，应按照IPC-JEDEC J-STD-033标准进行产品管控。
（2）在回流焊之前建议将开包后的SMD LED放入烤箱，进行60℃、24h的烘烤后再使用。
（3）使用一卷料取出一卷，待使用的产品保存在60℃的环境下，以确保SMD LED使用前不再受潮气的影响。
参考文献
[1]杜彬.户外全彩显示屏SMD LED光源封装技术研究[J].中国电子商情，2014（7）：50-56.
[2]孟牧，刘瀚.显示屏SMD LED的失效机理探析和预防解决方案[J].电子科学技术，2014，11（3）：346-349.endprint
