LED即發光二極(ji)管是(shi)將(jiang)電能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)光能(neng)的(de)半導體(ti)(ti)固體(ti)(ti)發光元件(jian)(jian)(jian)，其(qi)核心是(shi)PN結(jie)，除了一(yi)般PN結(jie)的(de)正向導通、反向截止(zhi)以(yi)及(ji)破壞特(te)(te)性之外，還(huan)在一(yi)定條件(jian)(jian)(jian)下具有發光特(te)(te)性。圖1是(shi)一(yi)家公司生產的(de)3528型白光LED珠的(de)代表性外觀圖，其(qi)結(jie)構(gou)主要(yao)包括以(yi)下部分：引線(xian)、支(zhi)架、封裝膠、結(jie)合線(xian)、LED芯片、固晶膠、熒光體(ti)(ti)。LED串珠的(de)變(bian)色(se)失效(xiao)與該(gai)材(cai)料、結(jie)構(gou)、包裝過程以(yi)及(ji)使用條件(jian)(jian)(jian)密切(qie)相關，以(yi)下，根據具體(ti)(ti)的(de)例子分析其(qi)變(bian)色(se)原因。

封裝膠原因(yin)

1封裝膠中殘(can)留(liu)的異(yi)物

失(shi)效(xiao)的(de)(de)珠子(zi)的(de)(de)外觀局部變色(se)變黑。取下(xia)封(feng)裝膠后，封(feng)裝膠內混入黑色(se)異(yi)物，使用掃(sao)描電子(zi)顯微鏡及(ji)能譜儀SEMamp。EDS）進行異(yi)物的(de)(de)成(cheng)分分析(xi)，確認主要成(cheng)分是鋁（Al）、碳（C）、氧（O）元素(su)，還含有少量(liang)雜質元素(su)，試驗結果如圖3所示。結合(he)用戶(hu)反饋(kui)失(shi)效(xiao)的(de)(de)背景，發現這種異(yi)物是在封(feng)裝過程(cheng)中引入的(de)(de)。

變(bian)色(se)LED的外觀(guan)

a光學(xue)照(zhao)片

b EDS能量譜

圖3封(feng)裝膠異物成(cheng)分(fen)

2封裝膠(jiao)由(you)于化學(xue)物質的(de)侵蝕而導(dao)致的(de)膠(jiao)體(ti)變色

失效品是玻(bo)(bo)璃(li)光管燈(deng)，內部的LED燈(deng)帶用單(dan)組份室溫固化(hua)硅橡膠(jiao)粘接在(zai)玻(bo)(bo)璃(li)管上，粘合部位燈(deng)帶的LED燈(deng)珠(zhu)變黃變暗。失效珠(zhu)封(feng)裝(zhuang)膠(jiao)的材質是硅橡膠(jiao)、使用SEMamp。EDS試(shi)驗封(feng)裝(zhuang)膠(jiao)的元(yuan)素(su)成分(fen)發現(xian)，硫(liu)（S）元(yuan)素(su)比普通的珠(zhu)封(feng)裝(zhuang)膠(jiao)成分(fen)多，試(shi)驗結果如圖4表(biao)示。

通(tong)常硫磺，有(you)機二硫化物(wu)和(he)多硫化物(wu)等(deng)硫含量物(wu)質作為硫化劑(ji)使(shi)橡膠(jiao)(jiao)硫化交聯反應(ying)，使(shi)橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)結構發生變(bian)化，顏色變(bian)黃(huang)變(bian)暗(an)，呈現(xian)(xian)熱(re)分解(jie)(jie)溫度(du)(du)(du)上(shang)升(sheng)的(de)(de)(de)現(xian)(xian)象。TGA燈珠(zhu)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)膠(jiao)(jiao)試驗了(le)身體的(de)(de)(de)熱(re)解(jie)(jie)溫度(du)(du)(du)，發現(xian)(xian)失(shi)效燈珠(zhu)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)重量損(sun)失(shi)2%、5%、10%、15%、20%的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)均比同批次良品(pin)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)重量損(sun)失(shi)相(xiang)同的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)高25°C以上(shang)，如封(feng)裝(zhuang)(zhuang)膠(jiao)(jiao)熱(re)分解(jie)(jie)曲線如圖(tu)5所示，封(feng)裝(zhuang)(zhuang)膠(jiao)(jiao)確認了(le)硫化橋引起的(de)(de)(de)熱(re)解(jie)(jie)溫度(du)(du)(du)上(shang)升(sheng)現(xian)(xian)象。此外，使(shi)用ICPOES對具(ju)有(you)固定作用的(de)(de)(de)單組分硬化硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)化學成分進行分析，檢(jian)測出硫（S）元(yuan)素約400ppm。

a過期品

良品

封裝膠熱分解曲線TGA光譜

由此(ci)，LED燈珠(zhu)變黃(huang)變暗的(de)原因是玻璃(li)燈管(guan)內(nei)粘結固定用(yong)的(de)單(dan)組(zu)份室溫固化硅橡膠(jiao)硬化中(zhong)揮發的(de)含有硫磺的(de)（S）氣體(ti)侵入LED封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)膠(jiao)中(zhong)，使(shi)封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)膠(jiao)進(jin)一(yi)步(bu)加硫化交(jiao)橋反應，通過再加硫化交(jiao)橋封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)膠(jiao)身體(ti)變黃(huang)變暗。之(zhi)后，若用(yong)戶(hu)變更為不(bu)使(shi)用(yong)單(dan)分量硬化硅橡膠(jiao)的(de)塑料(liao)燈管(guan)，則不(bu)觀察到燈珠(zhu)的(de)變色(se)。因此(ci)，LED生產(chan)者(zhe)在(zai)產(chan)品(pin)設(she)計選材和(he)制(zhi)造時(shi)，必(bi)須考慮用(yong)于產(chan)品(pin)各部件的(de)不(bu)同(tong)材料(liao)之(zhi)間的(de)一(yi)致性，避免材料(liao)不(bu)兼容導致的(de)后續可(ke)靠性問題(ti)。

磷光體(ti)沉降

將(jiang)燈珠(zhu)組裝成(cheng)LED燈后，儲存于倉庫(ku)后，色溫漂移失效，失效LED燈珠(zhu)的(de)(de)封裝膠(jiao)由(you)橙(cheng)色變為淺黃色，進行I-V特性測試，燈珠(zhu)正常點(dian)亮，I-V曲線正常，發(fa)(fa)光亮度僅發(fa)(fa)生變化。取幾個失效的(de)(de)珠(zhu)子，用機器(qi)開(kai)封方式取出(chu)封裝膠(jiao)，發(fa)(fa)現支架表面(mian)殘留有透明(ming)的(de)(de)粒(li)(li)子狀(zhuang)物質(zhi)，并(bing)使用SEMamp。EDS試驗了(le)顆粒(li)(li)物成(cheng)分的(de)(de)結果表明(ming)，高(gao)含(han)量鍶Sr元(yuan)素，如如圖(tu)6所示(shi)，高(gao)含(han)量含(han)有鍶Sr元(yuan)素。另一(yi)方面(mian)，封裝膠(jiao)從(cong)與(yu)支架的(de)(de)接觸面(mian)也檢測出(chu)高(gao)含(han)量的(de)(de)鍶Sr元(yuan)素和鋇Ba元(yuan)素，并(bing)在如圖(tu)7中(zhong)表示(shi)。

與此相對(dui)，良品(pin)珠(zhu)在開封后，支架(jia)表(biao)面(mian)清潔，表(biao)面(mian)主(zhu)要(yao)(yao)成(cheng)(cheng)分是銀（Ag）和(he)少(shao)量碳(tan)（C）元(yuan)素，沒(mei)有檢測到鍶(si)(si)Sr元(yuan)素，在其封裝膠和(he)支架(jia)的(de)接觸(chu)面(mian)也(ye)沒(mei)有檢測到鍶(si)(si)Sr和(he)鍶(si)(si)Ba元(yuan)素。對(dui)失效品(pin)和(he)良品(pin)珠(zhu)封裝膠的(de)斷(duan)面(mian)成(cheng)(cheng)分進行測試(shi)后，兩者所(suo)使用(yong)的(de)熒(ying)光體的(de)成(cheng)(cheng)分相同，均為釔(yi)鋁石榴石（主(zhu)要(yao)(yao)成(cheng)(cheng)分是氧（O）、鋁（Al）、釔(yi)（Y））和(he)硅酸鍶(si)(si)鋇（主(zhu)要(yao)(yao)成(cheng)(cheng)分是碳(tan)（C）、氧（O）、硅Si、鍶(si)(si)Sr發現是將鋇Ba和(he)鈣(gai)（Ca）混合后的(de)熒(ying)光體。

支架表面顆粒物(wu)成分(fen)（（SEMamp；EDS光(guang)譜）

a SEM照片

b EDS光譜

封裝膠與(yu)支架的接觸面成分

因(yin)此，LED珠的(de)失效原因(yin)是(shi)所使用(yong)的(de)硅酸鹽熒光體沉(chen)降到封裝膠(jiao)底部和支架表層，由于光折變規律的(de)不一致(zhi)而(er)產生分散現(xian)象(xiang)，色(se)溫漂(piao)移，同時(shi)產生珠變色(se)現(xian)象(xiang)。

支持的(de)理由

1異物污染支架

失(shi)效的(de)(de)珠子側變(bian)色(se)(se)，剝(bo)下封裝膠后發(fa)現變(bian)色(se)(se)部(bu)位的(de)(de)支架表面被(bei)異(yi)(yi)物覆(fu)蓋(gai)，對異(yi)(yi)物進行元素成(cheng)分試驗(yan)，表示(shi)主要成(cheng)分是錫（Sn）、鉛（pb）元素，測量結(jie)果(guo)如圖8所(suo)示(shi)。剝(bo)掉焊縫變(bian)色(se)(se)部(bu)周邊的(de)(de)白(bai)色(se)(se)塑料，在與白(bai)色(se)(se)塑料接觸的(de)(de)支架表面也檢測出錫（Sn）、鉛（pb）成(cheng)分。異(yi)(yi)物覆(fu)蓋(gai)部(bu)的(de)(de)支架連接在珠頭側的(de)(de)銷(xiao)上，因此針采用了鉛焊。

當(dang)燈(deng)珠表面(mian)粘貼時(shi)，如果銷上附著(zhu)多余的(de)錫膠，焊接(jie)時(shi)熔融的(de)焊接(jie)材料就(jiu)會(hui)上升(sheng)到(dao)沿銷連接(jie)的(de)支(zhi)架表面(mian)，形成覆蓋層。因此，在該(gai)例子(zi)中LED串(chuan)珠失效的(de)原因是(shi)led燈(deng)珠組裝(zhuang)焊接(jie)時(shi)引腳焊接(jie)部的(de)焊料進入支(zhi)架表面(mian)，形成被覆物，串(chuan)珠變色(se)。

a光學照射

b EDS譜(pu)圖

支架蓋成分

2支架腐蝕

失效LED燈(deng)珠(zhu)(zhu)的中間(jian)部(bu)分變(bian)(bian)色變(bian)(bian)黑，開(kai)封后(hou)在光學顯微鏡下觀察，支架整(zheng)體(ti)表(biao)面明顯變(bian)(bian)黑，使用SEMamp。EDS試驗了黑支架的成(cheng)分后(hou)，除了通(tong)常的材(cai)(cai)質(zhi)成(cheng)分外，黑支架中有(you)腐蝕(shi)(shi)(shi)性硫（S）元(yuan)素(su)，支架表(biao)面的鍍銀層呈現(xian)局(ju)部(bu)緩慢(man)的腐蝕(shi)(shi)(shi)形態(tai)，如(ru)(ru)如(ru)(ru)圖9所示。通(tong)常LED燈(deng)珠(zhu)(zhu)在制造過(guo)程中，如(ru)(ru)果由(you)于材(cai)(cai)料自身(shen)的雜質(zhi)或過(guo)程污(wu)染(ran)等(deng)(deng)(deng)原因引入了硫（S）、氯(lv)（Cl）等(deng)(deng)(deng)腐蝕(shi)(shi)(shi)性元(yuan)素(su)，則在一定條(tiao)件(jian)（例如(ru)(ru)高溫、水蒸氣殘留等(deng)(deng)(deng)）下，其金屬(shu)座容(rong)易(yi)腐蝕(shi)(shi)(shi)，產生燈(deng)珠(zhu)(zhu)變(bian)(bian)色、漏電等(deng)(deng)(deng)失效現(xian)象(xiang)。

a SEM照片

b EDS光譜(pu)

支架(jia)腐蝕部位成分

3支架鍍金質量差

LED燈珠點亮劣化后變(bian)色(se)變(bian)黑，達到(dao)30%的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)率。去(qu)除(chu)珠子表面的(de)(de)(de)封(feng)裝膠后，發(fa)現支(zhi)(zhi)架表層(ceng)的(de)(de)(de)鍍銀(yin)層(ceng)失(shi)去(qu)了傳統的(de)(de)(de)光，呈現灰色(se)。使用(yong)SEM觀察支(zhi)(zhi)架表層(ceng)的(de)(de)(de)細微形態，發(fa)現LED失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)珠的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)架表面的(de)(de)(de)銀(yin)層(ceng)與未安裝的(de)(de)(de)半成(cheng)品支(zhi)(zhi)架相比較(jiao)為緩慢(man)，如圖11a所示的(de)(de)(de)孔較(jiao)多。

將半(ban)(ban)成品支(zhi)架(jia)和失效LED切片觀察斷面(mian)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)(ceng)質(zhi)量，支(zhi)架(jia)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)(ceng)結構為鍍(du)(du)銅鎳再鍍(du)(du)銀(yin)，與半(ban)(ban)成品相比，失效品支(zhi)架(jia)鍍(du)(du)鎳層(ceng)(ceng)(ceng)變薄(bo)，表層(ceng)(ceng)(ceng)銀(yin)層(ceng)(ceng)(ceng)變緩，鎳銀(yin)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)(ceng)界限(xian)變為糊劑樣品支(zhi)架(jia)截面(mian)形式(shi)如圖10所示。AES試驗失效LED使用(yong)支(zhi)架(jia)的淺表層(ceng)(ceng)(ceng)成分，判明存在鎳Ni元素，試驗結果如圖11b所示，鍍(du)(du)鎳層(ceng)(ceng)(ceng)擴散到銀(yin)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)。

由此，LED串珠(zhu)變(bian)色的原因是(shi)，所使(shi)用的支架鍍層(ceng)不良(liang)，老化后銀層(ceng)松動(dong)產(chan)生孔(kong)，鎳層(ceng)通過銀層(ceng)孔(kong)擴(kuo)散到銀層(ceng)表面，銀層(ceng)變(bian)黑，串珠(zhu)變(bian)色。

a過期品

半成品

支架截面形態SEM照片）

a SEM照片

bAES光譜

失效品支(zhi)架表面成分

在許(xu)多LED變色(se)失(shi)效(xiao)(xiao)例中，支(zhi)架(jia)(jia)(jia)變色(se)或腐(fu)(fu)蝕導致的(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)比例最高。因(yin)此(ci)，LED或支(zhi)架(jia)(jia)(jia)生(sheng)產者必(bi)須采取(qu)一些措(cuo)施來(lai)預防(fang)產品(pin)失(shi)效(xiao)(xiao)。例如，選擇品(pin)質良(liang)好(hao)、耐腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)支(zhi)架(jia)(jia)(jia)基材。采用適當的(de)(de)電鍍技術條(tiao)件(jian)，保證形成細(xi)粒(li)、結構致密的(de)(de)電鍍層(ceng)，鍍層(ceng)厚(hou)度(du)均勻，達到防(fang)護要求。表層(ceng)鍍層(ceng)對銀支(zhi)架(jia)(jia)(jia)選擇有效(xiao)(xiao)的(de)(de)銀保護技術，提高銀支(zhi)架(jia)(jia)(jia)防(fang)變色(se)能(neng)力(li)。LED在生(sheng)產組裝過程中，應防(fang)止外來(lai)污染和(he)腐(fu)(fu)蝕性物(wu)質的(de)(de)導入，確保LED包裝嚴(yan)密，減少(shao)因(yin)環(huan)境中的(de)(de)水蒸氣(qi)和(he)氧氣(qi)等(deng)的(de)(de)侵入而產生(sheng)的(de)(de)各(ge)種(zhong)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)可能(neng)性。

以上，封裝膠分析了由(you)于熒光體和(he)支架(jia)部件的(de)(de)(de)異常(chang)引起(qi)的(de)(de)(de)LED串珠變色失效(xiao)的(de)(de)(de)原(yuan)因和(he)機理，為(wei)(wei)了預防(fang)這些失效(xiao)現象的(de)(de)(de)發(fa)生，LED生產者在材(cai)料選擇和(he)制造(zao)過程中采取(qu)有效(xiao)措(cuo)施，LED為(wei)(wei)了進一步提高產品的(de)(de)(de)可靠(kao)性(xing)最好向業(ye)界提供參考和(he)指(zhi)導方針。