吳美華

藍、白光片式LED器件是當今半導體光源的寵兒，用作移動通信工具的顯示光源更是一種時尚。自從1992年第1只氮化鎵（GaN）基藍色發(fā)光二極管問世后，其壽命和可靠性一直被世人所關注。GaN LED行業(yè)由于美、日等國的瘋狂投入，其發(fā)展之迅速、成果之驚人，眾所周知。我國在這方面做了大量的工作，取得了巨大的進展。早在20世紀90年代末，傳統(tǒng)封裝的藍光器件已形成大規(guī)模生產，白光LED也已形成產業(yè)，工藝已基本成熟。伴隨移動通信的發(fā)展，新型封裝的片式LED也迅速擴展。對傳統(tǒng)LED器件的可靠性的測評、失效模式的分析，已基本形成較固定的模式，傳統(tǒng)封裝的藍、白光LED器件的可靠性也已有很多探討。而對于移動通信用片式藍、白光LED器件的可靠性測評、失效模式的預測則是一個新的領域，在這方面也有很多科研機構、生產廠家作過研究，并有一些報道。本文介紹了筆者所在公司對藍、白光片式LED器件的可靠性測評方案及試驗結果，結合筆者公司在藍、白光片式LED器件可靠性方面作的一些探索，談談對移動通信用片式藍、白光LED器件可靠性測評方案及試驗情況、可靠性的影響因素及保證措施，與同行共同探討。

1 產品可靠性的概念

產品的可靠性是指產品在使用過程中盡量不出故障、少出故障的一種特性，是產品質量的時間指標。用戶不僅希望產品具有良好的功能，而且希望產品經久耐用，長時間保持其功能，不發(fā)生故障或很少發(fā)生故障，這種功能的持續(xù)能力就是可靠性?？煽啃酝ǔ６x為產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的能力。由于功能的持續(xù)能力具有概率統(tǒng)計特性，因此可靠性也可以定義為產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率。

2 產品可靠性的實現(xiàn)途經

通常所說的產品可靠性是設計、生產和管理出來的，是通過“試驗—分析—改進”的循環(huán)過程而不斷提高和不斷增長的。設計階段是產品可靠性的奠基階段，生產階段是產品可靠性的保證階段，對產品的試驗、分析與改進是產品可靠性的改進和提高階段。

通常，可靠性設計措施包括：產品結構設計、材料選擇、可靠性工藝設計、可靠性試驗設計等。為實現(xiàn)并保證移動通信用片藍、白光片式LED器件的可靠性，從設計階段開始，分析研究移動通信用片藍、白光片式LED器件的可靠性指標，進行產品故障模式、影響及危害性分析，對該類產品進行可靠性的結構設計，裝配方式、光電參數(shù)性能、材料、工藝方案、試驗方案等設計，編制了產品可靠性大綱，制定了可靠性工作計劃，并對產品所用零部件和原材料選擇和可靠性關鍵過程進行控制。為確定適合移動通信用藍、白光LED器件并能保證可靠性，在試制、生產階段對不同的方案進行對比分析并進行多批次可靠性試驗。

3 產品可靠性工作計劃

為確保移動通信用片式藍、白光LED器件可靠性，根據(jù)移動通信用藍、白光片式LED器件的特點，制定了可靠性工作計劃，如表1所示。

4 可靠性試驗方案及試驗結果

根據(jù)多年傳統(tǒng)LED及藍、白光LED器件的生產經驗、片式封裝的結構特點及移動通信工具的使用特點，對移動通信用片式藍、白光LED器件設計了可靠性試驗方案并進行了可靠性測評試驗，見表2。

按照試驗方案進行了多次可靠性試驗，上述試驗數(shù)據(jù)表明，藍、白光片式LED具有良好的可靠性，完全能滿足移動通信工具的使用要求。

5 影響藍、白光片式LED可靠性的因素及保證措施

目前SMD系列LED器件的用片式LED器件的結構主要為印刷電路板（PCB）片式LED，主要規(guī)格有0603，包括紅、綠、黃、藍、白等各種顏色。具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻好、可靠性高等優(yōu)點。由于片式LED產品結構的微小、超薄化及藍、白光芯片的特殊性，因此其可靠性主要決定于芯片的質量、PCB板的設計極其材料的選擇與質量、裝配質量、采取的靜電防護措施等，其他裝配材料的質量對其可靠性也有影響。藍色芯片的光衰也影響到LED器件的使用壽命，但經過試驗分析，這種光衰能滿足移動通信工具的使用壽命要求。下面分析影響藍、白光片式LED可靠性的因素及保證措施。

5.1 芯片

藍光片式LED采用GaN基藍色芯片，白光則采用藍芯通過加入YAG黃色熒光粉轉換顏色而成。由于目前LED藍色芯片絕大部分都是由三氧化二鋁（AL2O3）+GaN基制成的，硬度特別大，難解理，大片切割成芯片，其各邊側面一般都很粗糙，對裝配質量將造成一定影響，且易漏電同時由于藍芯材料及工藝特點，其電極形狀及光刻質量對產品的漏電、擊穿影響較大。因此，在選用藍色芯片時，選用側面切割相對光滑、電極刻蝕形狀好、電極間距離相對合理的芯片。為慎重起見，筆者所在公司選擇了在藍色芯片研發(fā)、制造方面處于領先地位的公司生產的多種型號的藍色芯片進行試驗。由于各廠商在MOCVD生長形成的P-N結及發(fā)光效率等差異，從對進料的近十個廠商的芯片檢驗和工藝驗證、試驗數(shù)據(jù)看，質量水平差別較大，如反向電流、正向壓降、波長、光強的一致性，芯片的抗靜電能力強弱不一等。通過多批次的驗證比較，筆者公司對藍芯供應商進行了優(yōu)選確定，當然每批芯片還需經過嚴格的鏡檢和工藝驗證。

5.2 PCB板

由于片式LED結構的微型化，PCB板的制造精度、鍍層、表面質量對產品可靠性有至關重要的影響。有產品分析資料顯示，在生產過程中有些產品的失效是芯片裝配及焊線偏位所致，經分析即為PCB板精度問題。為了保證PCB板質量，筆者公司采用進口PCB板，并選取模具制作能力強的企業(yè)開模，同時對供應商提出了PCB板的質量要求：厚度均勻度<±0.05mm；鍍層光亮牢固，經金線鍵合后拉力大于8g等，此要求在PCB板進貨時即進行檢驗并上線試用。

5.3 其他裝配材料

除芯片、PCB板外，其他裝配材料如銀漿、金絲、膠餅、熒光粉也很重要。雖然說這些材料對器件的質量壽命、可靠性帶來的影響相對較小，但為了保證片式藍、白光LED的質量水平，筆者公司所使用的銀漿、金絲、膠餅、YAG熒光粉（555nm）等主要材料全部采用進口，且也是目前普遍認為質量能符合器件要求的。

5.4 裝配工藝

目前片式藍、白光LED器件普便采用全自動設備生產、檢測，因此對設備的正確使用、維護和生產時設備工作狀態(tài)控制非常重要。設備在引進安裝及使用前，需對相關人員進行操作維護培訓，并制定設備維護保養(yǎng)規(guī)定及責任制。經工藝技術人員多次摸索，各種型號片式LED產品生產時設備的操作要求已制定并形成了作業(yè)指導文件，操作人員按其操作，并記錄設備工作時的變化情況，及時分析調整，確保裝配的一致性及穩(wěn)定可靠性。在片式藍、白光LED生產過程中，各主要工序均設置了檢驗點，關鍵工序設置了質量控制點，以及時發(fā)現(xiàn)裝配過程中的質量問題，及時分析處理，確保各工序質量受控。

5.5 靜電防護

GaN基藍色芯片因其正、負極均位于芯片上面，間距小，對于InGaN/ Al、GaN/GaN雙異質結，InGaN活動薄層僅幾十納米，靜電承受能力相對較弱，極易靜電擊穿，使器件失效。因而靜電防護不當將直接影響產品的可靠性。在片式藍、白光LED生產線采取了如下防靜電措施：①防靜電地面、臺墊、離子風扇、手腕、包裝袋、盒等；②設備接地；③制定防靜電管理規(guī)定，對防靜電設施進行檢測、使用等管理。

6 結語

移動通信用片式LED作為一種新型器件，具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點。通過選擇優(yōu)良的芯片、PCB板等材料，采取嚴格的裝配工藝、靜電防護等可靠性保證措施，其優(yōu)良的光電性能和可靠性已得到證實。片式LED作為一種新型器件，不僅可用于移動通信，還可應用于各種電子產品，其市場前景十分廣闊。