LED是一種直接將電能轉換為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有耗電量小、發(fā)光效率高、體積小等優(yōu)點，目前已經逐漸成為了一種新型高效節(jié)能產品，并且被廣泛應用于顯示、照明、背光等諸多領域。近年來，隨著LED技術的不斷進步，其發(fā)光效率也有了顯著的提升，現(xiàn)有的藍光LED系統(tǒng)效率可以達到60%，而白光LED的光效已經超過150lm/W，這些特點都使得LED受到越來越多的關注。

盡管LED理論壽命可達50kh以上，但由于各種因素的限制，實際應用時LED通常無法達到如此之高的理論壽命，過早地發(fā)生故障，極大地妨礙LED這種新型節(jié)能型產品向前發(fā)展。

2.封裝失效

封裝失效是指封裝設計或生產工藝不當導致器件失效。封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，在使用過程中會發(fā)生劣化問題，致使LED的壽命降低。這種劣化問題包括光透過率、折射率、膨脹系數、硬度、透水性、透氣性、填料性能等，其中尤以光透過率最為重要。一些研究顯示，光波長愈短，光透過率惡化愈嚴重，但對綠光上方波長（即大于560nm）的影響則不大。Lumileds2003年曾公布過功率LED白光器件和φ5白光器件的壽命實驗曲線,19kh后，用硅樹脂封裝的功率器件，光通量仍然能保持最初的80%。而環(huán)氧樹脂包裝對比曲線顯示6kh以后光通量維持率只有50%。證明了當芯片發(fā)光效率不變時，芯片附近環(huán)氧樹脂顯著轉變?yōu)辄S色，隨后轉變?yōu)楹稚?。這一顯著退化過程主要是光照和溫升導致環(huán)氧樹脂光透過率惡化所致。同時，當藍光刺激黃色熒光粉發(fā)白光時,LED封裝透鏡褐變對反射性有影響，并使發(fā)藍光不足以刺激黃色熒光粉使光效及光譜分布產生變化。

對于封裝而言，還有一個影響LED壽命的重要因素就是腐蝕。在LED使用中，一般引起腐蝕的主要原因是水汽滲入了封裝材料內部，導致引線變質、PCB銅線銹蝕;有時，隨水汽引入的可動導電離子會駐留在芯片表面，從而造成漏電。此外，封裝質量不好的器件，在其封裝體內部會有大量的殘留氣泡，這些殘留的氣泡同樣也會造成器件的腐蝕。

3.熱過應力失效

溫度一直是影響LED光學性質的重要因素，而在研究LED失效模式的時候，國內外學者考慮到將工作環(huán)境溫度作為加速應力，來進行LED加速壽命實驗。這是因為在LED系統(tǒng)熱阻不變的前提下，封裝引腳焊接點的溫度升高，則結溫也會隨之升高，從而導致LED提前失效。高功率LED的模型結構圖以及在工作環(huán)境溫度分別為（a）120℃、（b）100℃和（c）80℃下輻射功率和加速時間的關系圖如下。

在對不同廠商所提供的LED樣品進行加速壽命實驗，該實驗將LED樣品分別置于80、100、120°C下，使用3.2V電壓驅動，并規(guī)定了當試樣光功率降至起始值50%時即被判定無效。上圖中試驗結果表明，高功率LED壽命隨加速壽命試驗溫度和加速時間延長而降低。加速壽命試驗中LED結溫的提高將使環(huán)氧樹脂材料產生異變，進而使系統(tǒng)熱阻增大，使芯片和封裝受熱表面劣化并最終造成封裝失效。

4.電過應力失效

LED如果遭受過電流（EOS）或靜電沖擊（ESD）等因素的影響，均可能導致晶片開路而形成電過應力故障。如GaN為寬禁帶材料、電阻率大。若采用這種晶片，由于靜電引起的感生電荷在制造過程中不容易消失，當積累到相當程度后，就能產生較高靜電電壓，一旦該電壓超出材料承受能力時，將出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象和放電現(xiàn)象，使器件出現(xiàn)故障。

5.鍵合失效

LED制造過程中鍵合條件不當，若鍵合力過大將會壓傷晶片，反之則會造成器件的鍵合強度不足，使得器件容易脫松，或完全未形成良好的鍵合界面。對某些使用垂直芯片LED燈珠而言，固晶層底部從支架鍍層上剝落是較普遍失效原因。下圖故障樣本是直插式LED燈珠在使用中死燈現(xiàn)象，不良率1.5%。失效樣品的截面檢查表明金線焊點都完好無損。但是發(fā)現(xiàn)固晶層從支架鍍層上被徹底剝脫，同時封裝膠從支架杯壁處被剝脫。

由以上觀察到的現(xiàn)象可以判定，造成燈珠失效的原因是封裝膠水與支架界面間出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，剝離程度和區(qū)域隨著使用過程加劇而擴展，進一步造成固晶膠與支架剝離，最終導致樣品出現(xiàn)失效。也可能是封裝膠水粘接性不良造成封裝膠水與支架界面間出現(xiàn)分層。

6.機械應力失效

LED在SMT工藝流轉、測試或運輸中，外部的夾具、模具或其它硬質的材料撞擊LED燈封裝體，導致其內部結構瞬間移位拉斷內部綁定線。這類失效發(fā)現(xiàn)在較軟封裝體的幾率較大。

LED芯片成分有InGaN， AlInGaP和ZnSe等半導體材料，這些材料往往比Si芯片更薄、更脆。若封裝設計不當，導致內部存在殘存應力，這些應力的存在就可能導致器件芯片開裂、功能退化等可靠性問題。下圖分析的案例也是LED樣品上板后出現(xiàn)大批量的失效。對LED樣品進行失效分析發(fā)現(xiàn)所有發(fā)光二極管的芯片都存在有裂紋，并且裂紋位置相同，都位于芯片的右邊區(qū)域，即靠近陽極引出片右邊緣。裂紋貫穿PN結，裂紋處PN耐壓嚴重下降，而且，在潮濕的環(huán)境下，PN結處裂紋漏電增大。裂紋的產生與機械應力有關。

根據樣品的失效信息，結合芯片的襯底結構，芯片的電連接方式（凸點采用倒裝焊接而不是一般金絲焊接），分析了LED芯片開裂的原因是機械應力在LED芯片的兩電極之間形成了相對的剪切力，并提出了相應的解決措施，通過凸點對LED芯片直接施加作用力，使薄而脆性大的LED芯片產生力裂縫。機械應力和熱變應力有一定關系。