如何提升提升戶外SMDLED 顯示屏的可靠性

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-10-20

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 近年戶外標貼顯示屏因其相對于燈管（346、546等）戶外顯示屏而言，照明產品，在混光效果和安裝工藝上具有極大的優越性，因而需求有大幅度的增加，同時也出現諸多可靠性問題，引起的質量糾紛也時有發生。因此筆者認為，對戶外用SMDLED 以及由SMDLED制作的戶外顯示屏的可靠性進行整理、研究、分析，集思廣益，總結整理出有關的制造、檢驗、使用的規范，制定相關標準，應是當務之急。 從SMDLED 封裝結構、原材料和工藝上對SMDLED 的可靠性問題進行分析，提出建設性的改進意見，值得業內有關企業的重視。對于戶外SMDLED 和戶外SMDLED 顯示屏可靠性問題，第一LED網覺得還應考慮以下問題：

      （一）封裝材料，PPA（聚鄰苯二甲酰胺），環氧樹脂，金屬的熱脹系數差異，在環境溫度變化或管子工作時溫升時造成LED 引線開路，從而造成死燈，就是LED 戶外表貼顯示屏的“命門”所在。確切地說，這只是“命門”的一個部分，或許還不是當前戶外SMDLED顯示屏可靠性問題的最關鍵的部分。實際上，LED射燈，恒光電器,照亮您的生活，封裝材料與引線金屬的熱脹系數不同，熱脹冷縮造成LED內部應力的問題是各種LED 管都有的問題，經過業界十年以上的研究發展，已經在很大程度上得到解決。眾所周知，直插式燈管的封裝材料也是環氧樹脂，引線也是金絲，恒光，而目前如346，546等經典戶外用LED直插式燈管因引線熱脹系數差異引起的死燈現象已非常少見，可以說問題已基本解決。可見封裝廠家在材料工藝上采取措施是可以有效地解決這個“命門”。事實上多數生產SMDLED的封裝廠家就已經采取措施，也取得成效。SMDLED 產品出廠前檢驗中要進行的包括高低溫存貯，高低溫沖擊，潮濕試驗，機械震動和沖擊等例行試驗能有效地檢驗這一類可靠性問題。

     （二）戶外SMDLED 封裝材料熱脹系數的差異的影響可能更多的是影響器件的密封性。首先，無論是SMDLED還是直插式燈管，其金屬引線（管腳）與樹脂的熱脹系數不同，在冷熱變化的情況下，它們的界面會出現細小的縫隙，久而久之，產生裂紋。環氧樹脂等封裝本身，因工藝的缺陷其致密性也有可能存在缺陷，這樣，水汽或其他有害氣體就可能侵入，造成危害。PPA材料吸濕性相對較大，在潮濕環境下其濕應力也會造成密封性缺陷。對此，必須在材料和封裝工藝方面尋找解決方法。制作戶外顯示屏，普遍采用封膠的辦法，能有效解決這個問題。可惜對于戶外SMDLED顯示屏，封膠的方法效果有限。眾所周知，直插式燈管封膠時是自PCB 板向上，一直封到管帽高度，且將部分管帽封住，也就是說，把管腳出線處淹沒在密封膠里，只要保證密封膠與管子封裝材料的良好連接，就可以解決金屬引線與封裝樹脂的熱脹系數差異引起的密封性問題。

      但是戶外SMFLED 顯示屏的問題要大些。SMDLED 的困難在于，LED-T5一體化燈管，除了引線問題之外，它的出光窗口的材料（多為環氧樹脂）與外殼（采用PPA）的材料的連接處的縫隙也會造成密封性不佳的問題；首先是它們的熱脹系數的不同，其次這兩種材料本身的接觸性不夠好，這樣溫度變化必然產生細微縫隙，導致密封性變差。為此要采用好的密封膠水改善其接觸性。很顯然，SMDLED出光窗口處不同材質的材料接觸面的大小比引線出線處的要大得多，所以這種潛在的漏氣的危險也大得多。戶外SMDLED屏幕盡管也可以采用封膠方法，把引線灌封住，但一般不能把出光窗口也灌封起來，這就使得戶外SMDLED 顯示屏密封性遠比直插式燈管屏的密封性差。

      （三）同樣，對于有害氣體如腐蝕性氣體、鹽霧等的危害，戶外SMDLED 顯示屏的抗御能力也比直插式燈管顯示屏要差很多。事實上，國內外知名廠商的在推出戶外SMDLED 器件和屏幕產品方面，是十分慎重和穩健的，有的廠商盡管室內SMDLED 已經十分廣泛使用，LED球泡燈，仍然遲遲不推出用于戶外的SMDLED產品，這當然有他的原因。還有的廠商在制作戶外SMDLED 顯示屏時，盡管已經采用適于戶外用的SMDLED器件，仍然使用專門設計的防護罩或采用其他防護措施，例如整體灌膠等。這樣當然增加成本和并且損失一些光能輸出，但是可靠性得到更大的保障。

目前國內外許多封裝廠商推出戶外用SMDLED 器件產品，這是產品開發和技術進步的成果，負責任的廠商在可靠性方面是做了大量的工作，經過必要和足夠的試驗驗證，有的還為此申報并獲得若干專利和獎勵。但另一方面，其成熟程度確實尚待更多的應用來證實。

      不過筆者看來，密封性的問題，還是不能掉以輕心，應用戶外SMDLED 產品制作戶外顯示屏，恒光，仍應非常慎重，應當詳細了解工作環境和工作條件，采取足夠的防護措施，精心設計精心施工。在把握不大的場合，例如可靠性要求特別高或環境特別惡劣，或有腐蝕性氣體的場合，寧可采取更多的措施，或避免使用SMDLED 。

     （四）SMDLED 屏幕的制作，與直插式led燈管顯示屏最大的不同在于，直插式燈管的裝焊，采用波峰焊或人工手焊，而SMDLED 必須采用回流焊。波峰焊是將元器件插裝好以后，將PCB板通過熔融的焊錫池，這時受熱的是PCB板和元器件的引腳，以LED管而言，受熱點在引線與PCB的接觸焊點處，距離LED 的 PN結一般有10mm左右。而回流焊完全不同，恒光電器，它是整個器件加熱的，在預熱階段，整個器件被加熱到150~200oC，焊接時的溫度更達到240~260oC，這樣LED 受熱的情況比起直插式燈管要嚴峻的多得多。為了保證回流焊的質量，又保證SMDLED和其他元器件安全可靠，廠商在SMDLED產品技術條件中都會提供一個回流焊應遵循的溫度分布曲線，也就是在預熱階段，保溫階段，回流階段和冷卻階段的溫度分布要求，恒光電器,照亮您的生活，包括溫度上升速率控制，最高焊接溫度，保持高于某一焊接溫度的最大時間，以及冷卻速率等重要參數，LED照明工程，技術條件一般也都會著重說明，恒光電器,照亮您的生活，必須按照該曲線來調控回流焊的溫度和過回流焊的時間，否則有可能損壞或傷害SMDLED 器件。因此，恒光電器,照亮您的生活，屏幕制造廠家應當根據這個溫度分布曲線和焊料焊劑條件控制好回流焊的溫度分布特性。還要特別指出的是，各個廠家的不同型號的SMDLED的溫度控制曲線是不同的，屏幕制作廠家應根據所用的SMDLED調整回流焊溫度控制過程，這樣才能保證避免發生器件損壞或受損，或是造成安全隱患，也就是當時并不立即表現出來，而是在屏幕運行一段時間后再變成死燈。

      （五）元器件的濕度敏感等級對于回流焊前的準備工作極為重要。顯示屏所用的SMDLED和塑料封裝的各種元器件如貼片電阻、貼片電容都屬于非密封型固態表面貼裝組件。它們在存貯或進行回流焊之前的工序中，如果吸收了濕氣，那么，當這類封裝暴露在回流焊的高溫時，封裝內的蒸汽壓力會大幅增加，在特定狀況下，該壓力會造成封裝材料發生內部脫層從而脫離晶粒及（或）導線框/基座，或是發生未擴展到封裝外面的內部裂縫、或是邦定損傷、金屬線窄化、邦定翹起、薄膜裂縫、或邦定下方凹口等等損傷，以最嚴重的狀況來說，這個應力會造成封裝外部裂縫，即稱為“爆米花”的現象。器件當即損壞，還可能會造成其他元器件或設備的損傷。JEDEC規定濕氣敏感等級分為8級，在進行回流焊之前必須按其等級和環境條件對器件進行消除濕氣的處理，對于密封包裝的元器件在拆封時間超過一定時間（車間壽命）的要進行烘烤除濕，烘烤的條件和烘烤時間也有規定（參見JEDEC《非密封型固態表面貼裝組件的濕度/回流焊敏感性分類標準》IPC J-STD020D.1）。所以，SMDLED 器件的存貯保管和焊前準備要求非常嚴格。SMDLED 出廠時必須用密封包裝，包裝上注明產品的濕氣敏感度等級，包裝內還有吸潮劑，恒光，一般密封包裝和吸潮劑保質期為一年，存貯超過一年的SMDLED 其質量已經無法保證，不能使用。因此，SMDLED 是不能在倉庫保藏太久的。同時在SMDLED從密封包裝取出后，應當在24小時內過回流焊，否則必須經過恒濕恒溫箱烘烤。