最全的SMD LED使用手册

易美芯光 · 2018-12-11

·导言·

尊敬的客户：

感谢您使用Shineon的SMD LED产品。为了增进您对我司产品特性的了解，方便您快速掌握产品的基本操作，我们编撰了该使用手册。

手册中的说明将帮助您如何安全、规范、合理的使用及维护本公司的产品，从而尽量避免或减少因人为原因造成的产品破坏，让您的生产及交货更顺畅。

由于水平有限，文中必有错误或遗漏之处，欢迎指正cs@shineon.cn

Shineon 客服部

No.1 产品介绍

1.1 SMD 系列

其结构为表面灌注型发光二极管；代表产品主要有2835、5630、4014、3030等规格，结构图如下：

1.2 SMD LED应用选择指南

No.2 几种典型的使用不当及其后果

No.3 开路、闪烁、短路、漏电问题

对于“死灯”，首先我们应确定LED是短路还是开路，如果是开路，我们一般会考虑LED灯内部的焊线是否断开。LED灯内部的焊线断开，导致LED没有供电电压，这是LED死灯的常见原因之一。焊线常见的断开位置有5个地方，如图1所示A、B、C、D、E点：

A点：芯片电极与金球结合处；

B点：金球与金线结合处即球颈处；

C点：焊线线弧所在范围；

D点：支架二焊点与金线结合处；

E点：支架二焊点与支架镀层结合处；

3.1 避免外力损伤

3.1.1 正确选择SMT吸嘴

B标示吸嘴的内径应该尽量大于SMD LED软硅胶发光区域，这样可以有效的避免在SMT过程中由于机器设置不当、气压设置偏大、吸嘴过小，而造成SMD LED软硅胶发光区域在SMT拾取过程中受挤压导致内部结构损伤、回流焊后致使LED功能失效。

正确设置吸嘴高度：

LED焊盘与PCB焊盘上的锡膏刚好接触最好。

典型案例：

SMT吸嘴高度设置不当，吸嘴下压太深时，吸嘴压迫LED 胶体表面，导致LED内部金线变形或断裂。

3.1.2 避免外力损伤

禁止使用硬物压迫胶体表面

典型案例：自动打螺丝机造成LED胶壳破损

3.1.3 避免灯条过度弯折：灯条过度弯折会导致LED金线开路

3.2 选择合适的Reflow温度

3.2.1 推荐的回流焊温度曲线：

SMD LED一般SMT贴片，然后Reflow。因LED材料受到高温影响会产生较大的应力，为避免因温度不当而导致LED失效，建议回流焊温度曲线设定如下：

注意事项：

1、为确保回流焊设备内部温度的准确与稳定性，建议每日对设备的温度进行实际量测。定期对回流焊设备进行保养。

2、不管如何设定，最高温度260℃不可超过10s，220℃以上时间不可超过60s，否则高温下可能导致LED产品出现功能性失效。

3、因回流焊机型及产品实际应用的差异，客户需根据情况进行调整，此份回流焊参数仅为参考。

3.2.2推荐的电烙铁温度：

维修时一般使用电烙铁，建议电烙铁温度最高300℃，焊接时间

典型案例：温度过高导致LED胶壳熔化变形

3.3 防止LED受潮

3.3.1LED 为什么要防潮？

LED属于湿度敏感器件，湿度对其影响很大，潮湿气体会透过LED封装材料及材料接合面进入到器件的内部，一方面容易造成内部金属氧化腐蚀短路或断路，另一方面，焊接过程中的高温会使进入LED内部的潮湿气体受热膨胀产生压力，导致硅胶从芯片或引脚框上的内部分离分层、金线应力损伤、芯片损伤，甚至发生元件鼓胀和爆裂，又称“爆米花现象”，从而使产品的可靠性出现问题。

3.3.2 我司LED的防潮等级：

如超过以上时间，需低温除湿后再使用，低温除湿条件为温度：60±5 ℃，时间：24小时。

典型案例：受潮LED过回流焊后出现“爆米花现象”，导致LED开路或闪烁不良。

3.4ESDEOS问题

3.4.1静电（ESD）防护及消除措施：

对于整个工序（生产、测试、包装等）所有与LED直接接触的员工都要做好防止和消除静电措施，主要有：

⑴ 车间铺设防静电地板并做好接地，工作台采用防静电工作台，带电产品接触低阻值的金属表面时，由于急放电引发产品故障的可能性是很高的，故要求工作台及与产品相接触之处使用表面电阻为106-109Ω的桌垫。

⑵生产机台如：切脚机、锡炉、波峰焊、回流焊、SMT设备、电烙铁，以及检测设备均需接地良好，接地交流阻抗小于1.0欧姆。

⑶车间地线必须有效接地。

⑷在容易产生静电的环境与设备上，还必须安装离子风扇，离子风应正对着LED材料。

⑸作业过程中，操作员应穿防静电服，戴防静电手环、手套，穿防静电鞋。

⑹盛装LED需使用防静电元件盒，包装则采用防静电材料。

⑺保持环境湿度在30%-70%之间，过于潮湿时，如果未做好LED防潮措施，可能发生LED受潮死灯问题，详见“2.3 防止LED受潮”。过于干燥时，如果上述静电防护措施未做好，可能发生静电造成的死灯或者漏电问题。

3.4.2静电击穿LED的常见识别与筛选方法

小电流（建议0.1～0.5mA）测试是有效检测手段。被静电损坏的LED将表现出一些异常特性，例如小电流时不亮，或者顺向电压（VF）变得很低。当发生此问题时请检查上述防静电措施是否在执行。

ESD导致LED失效的典型案例：

3.4.3EOS（Electrical OverStress）

EOS全称 Electrical OverStress，是对所有的过度电性应力的总称。当EOS超过其最大指定极限后，器件功能会减弱或损坏，同时EOS也是公认的IC器件的头号杀手。由于它可能发生在产品的研发、测试乃至生产、存储、运输的各个环节，所以对厂商的电路设计，测试规范，生产流程以及物流中防护都有严格具体的要求，每年耗费整个半导体行业数十亿美金的资金。更可恨的是，EOS的发生情况复杂，神出鬼没，寻求一个完美的解决方案至今困扰着学术界和工业界。此文旨在分析EOS的成因，特点，破坏力，以及对于芯片厂商和系统设计人员的启示。

EOS是一个非常广的概念，物理上可以看成是一种较长时间的低电压，大电流的能量脉冲通常电压500V，电流小于10A，纳秒发生时间，可以认定是EOS的一种特例。

ESD是EOS的一种。

Figure.1 EOS Vs. ESD

Table.1 EOS与ESD对比

EOS成因很多，主要会出现在上下电瞬态过程，电流倒灌以及过度的电压电流驱动常说的过载。通常造成的破坏都是由于器件过热，损坏有三种类型。

Figure.2 PN节击穿

Figure.3金属层熔断

Figure.4 金属打线熔断

鉴于EOS的成因和特点，成熟的系统厂商通常采用如下的防护方式。建立和规范工作流程，进行常规的交流电源线监控。

电源：

√确保交流电源配备了瞬态电流抑制器滤波器

√电源过压保护

√交流电源稳压器可选。

√电源时序控制器，可调整时序

√不共用滤波器和稳压器

工作流程：

√将正确流程存档。

√确保针对以下内容进行培训并给出警示标志

电源开关顺序：

√不可“热插拔”

√正确的插入方向

√定期检查以确保遵守相关规定

维护：

√定期进行预防性维护。

√确保接头良好紧固，以防止其带来间歇性故障。

培训：

√确保对所有人员进行培训并及时复习相关内容。

电路板或元件测试

√确保不进行热切换。进行测试时使用存储范围捕获信号或电源的瞬态电流。

√确保不出现峰值低频干扰。

√确保正确设置测试参数不会过压。

√确保测试硬件中使用了正确的保险丝。

EOS导致死灯的典型案例1：

某客户使用2835灯珠做成球泡灯，老化过程中出现死灯现象，灯珠表面有明显烧黑现象。（如图）

通过点亮确认灯珠呈开路状态，化学溶胶发现，灯珠内部芯片烧毁，连接芯片金线已烧断。

从现象判断为瞬间的大电流大电压的冲击（EOS）导致灯珠芯片击穿开路。

问题真因：客户自动老化线的#1变压器输出无规律的EOS脉冲，导致球泡灯在#1老化区死灯。多次重复验证，死灯都只发生在#1老化区。

No.4 光效问题综述

LED寿命的关键参数是光通量维持率。光通量维持率不达标就是光衰。

LED光衰的可能真因如下图：

4.1硫化导致光衰问题：

Shineon LED标准硫化如下：

不同程度硫化实验的表现：

4.2 卤素导致光衰问题：

多溴联苯醚PBDEs、多溴联苯（PBDs）作为阻燃剂被广泛添加于塑料制品等；灯壳、电源板、导热硅脂、锡膏等，都可能卤素超标；在高温、密闭环境下，PBDs、PBDEs易挥发并渗透到支架里面；锡膏中卤素超标时，卤素经支架树脂和金属层界面，渗透进入LED内部，导致镀银层变色。

反应原理：

卤素导致光衰问题的典型案例1：

PCB卤素严重超标，导致LED光衰

卤素导致光衰问题的典型案例2：

使用有卤锡膏导致LED光衰

4.3 VOC导致光衰问题：

VOC：挥发性有机化合物（volatileorganic compounds）。

当居室中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。

各行业都可能有VOC，比如烟草行业：油墨、有机溶剂;纺织品行业：鞋类制品所用的胶水等;玩具行业：涂改液、香味玩具等;家具装饰材料：涂料、油漆、胶黏剂等;汽车配件材料：胶水、油漆等;电子电气行业：在较高温度下使用时会挥发出VOC、电子五金的清洁溶剂等;其他：洗涤剂、清洁剂、衣物柔顺剂、化妆品、办公用品、壁纸及其他装饰品。

芯片上方光照最强，芳香族（BIS-A）最易发黑：

VOC导致光衰问题的典型案例1：可恢复型VOC污染

球泡灯老化8h后光衰40%

把灯罩拿掉后重新点亮，光通量恢复了。

VOC导致光衰问题的典型案例2：脱肟型玻璃胶导致的不可恢复型VOC污染

X客户使用我司LED制成球泡灯，常温老化1000h后光衰20%，维持率NG。打开球泡灯灯壳观察，

1、LED 镀银层有明显发黑现象；2、球泡灯使用玻璃胶粘接灯壳与灯体；3、闻到明显的刺鼻气味，是玻璃胶散发的VOC的气味；怀疑玻璃胶散发的VOC导致了球泡灯老化光衰。

问题真因：

1、在密闭环境下，玻璃胶散发的VOC导致了球泡灯老化光衰； 2、打开球泡灯观察，LED 镀银层有发黑现象，与客户反馈现象一致。

4.4 控制LED管脚温度：

应做好LED的散热设计及执行，按LED规格要求管控LED管脚温度。

典型案例1：LED管脚温度过高，长期使用后严重光衰，LED胶面有明显裂纹；

典型案例2：LED管脚温度过高，长期使用后严重光衰，LED芯片周围有明显发黑异常

No.5 色差、花灯、亮度不均等问题

5.1 关于LED在灯管应用色差问题

LED在灯管应用上常出现发光颜色不均问题（如下图），造成客户误认为灯珠不符合规格。实际并非如此。

LED在灯管上应用我司建议采取配bin的方式进行使用，配Bin的目的是通过多个不同Bin区的混合，色坐标的叠加，使其叠加后的色坐标的位置相对比较接近，通过出射光线的交叉，使被照区域的颜色的一致性较好。

下面具体阐述下我司材料的配bin方法，以SOW2835 为例子：

我司 SOW2835型号的灯珠，根据 “ANSIC78.377-2015 ”标准（能源之星标准）进行分光，6BIN出货，分别为G1G2G3G4G5G6 六个区块，其中 G5G6 G5G6 是中心区块，色容差，色容差 ﹤5， G1G2G3G4的色容差有可能 ﹥5，色温范围 3714K -4272K （±90K），属于正常出货规格。

建议配bin如下：

电压控制方面配bin要求：

No.6 参考文件

6.1 “LED光衰问题失效分析综述”, 2014 IEEE Proceedings: The 11th SSL China, Page 165-169.

6.2 Cree® XLamp® LED’s ChemicalCompatibility. CLDAP63 rev 4 August, 2013.

6.3 鸿利智汇®LED使用手册

6.4 Nichia LED产品使用注意

2018年12月第一版

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