3個(gè)角度分析LED燈珠變色的6種情況

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2016-02-26

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LED 產(chǎn)品的可靠性日益受到了制造廠商及使用者的關(guān)注。而作為產(chǎn)品基本構(gòu)成單元的LED 燈珠， 其質(zhì)量的好壞直接影響著LED 成品的可靠性， 在實(shí)際應(yīng)用中就常常發(fā)生因LED 燈珠的失效導(dǎo)致成品出現(xiàn)功能異常甚至完全失效的情況。近年來(lái)， 因燈珠變色導(dǎo)致成品出現(xiàn)色溫漂移、流明降低和出光效果變差等一系列可靠性問(wèn)題的案例日益增多，LED照明企業(yè)， 使眾多的LED 產(chǎn)品生產(chǎn)廠家及用戶遭受了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

本文通過(guò)幾個(gè)LED 燈珠失效案例， 分析了導(dǎo)致LED 燈珠發(fā)生變色失效的根本原因。

封裝膠原因

（1）封裝膠中殘留外來(lái)異物

失效燈珠的外觀呈現(xiàn)局部變色發(fā)黑。揭開(kāi)封裝膠， 發(fā)現(xiàn)有一個(gè)黑色異物夾雜在封裝膠內(nèi)， 用掃描電鏡及能譜儀（SEM&EDS） 對(duì)異物進(jìn)行成分分析[5-6]， 確認(rèn)其主成分為鋁（Al）、碳（C）、氧（O） 元素， 還含有少量的雜質(zhì)元素， 測(cè)試結(jié)果如下圖所示。結(jié)合用戶反饋的失效背景可知，綠色照明， 該異物是在封裝過(guò)程中引入的。

（2）封裝膠受化學(xué)物質(zhì)侵蝕發(fā)生膠體變色

失效品為玻璃光管燈， 內(nèi)部的LED 燈帶使用單組份室溫固化硅橡膠粘結(jié)固定在玻璃管上， 固膠部位燈帶上的LED 燈珠出現(xiàn)發(fā)黃變暗現(xiàn)象。失效燈珠封裝膠的材質(zhì)為硅橡膠， 使用SEM&EDS 測(cè)試封裝膠的元素成分， 發(fā)現(xiàn)其比正常燈珠封裝膠成分多檢出了硫（S） 元素， 測(cè)試結(jié)果如下圖所示。

通常硫磺、有機(jī)二硫化物和多硫化物等含硫物質(zhì)可以作為硫化劑， 使橡膠發(fā)生硫化交聯(lián)反應(yīng)， 從而使橡膠的結(jié)構(gòu)改變， 呈現(xiàn)出顏色發(fā)黃變暗、熱分解溫度升高的現(xiàn)象。

通過(guò)TGA 測(cè)試燈珠封裝膠體的熱分解溫度可知， 失效燈珠封裝膠在失重2 %、5%、10 %、15 %和20 %時(shí)的溫度均比同批次良品封裝膠相同失重量的溫度高出25 ℃以上， 封裝膠熱分解曲線如下圖所示， 證實(shí)了封裝膠因發(fā)生硫化交聯(lián)導(dǎo)致其熱分解溫度升高的現(xiàn)象。使用ICPOES進(jìn)一步對(duì)起固定作用的單組份固化硅橡膠進(jìn)行化學(xué)成分分析， 檢出其中含有約400 ppm 的硫（S） 元素。

由此可知， LED 燈珠發(fā)黃變暗的原因?yàn)椴Ａ�燈管�?nèi)粘結(jié)固定用的單組份室溫固化硅橡膠在固化過(guò)程中揮發(fā)出的含硫（S） 的氣體侵入到了LED 封裝膠中， 使封裝膠發(fā)生了進(jìn)一步的硫化交聯(lián)反應(yīng)，而再次硫化交聯(lián)導(dǎo)致封裝膠體變黃變暗。后續(xù)用戶改用未使用單組份固化硅橡膠的塑料燈管則未出現(xiàn)燈珠變色的現(xiàn)象。因此， LED 生產(chǎn)方在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選材和制造時(shí)應(yīng)考慮產(chǎn)品各部件所用不同材料相互間的匹配性， 避免因材料的不兼容而導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。

熒光粉沉降

燈珠裝配成LED 燈具后在倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存時(shí)， 發(fā)生了色溫漂移失效， 失效LED 燈珠的封裝膠由橙色變?yōu)闇\黃色， 對(duì)其進(jìn)行I-V 特性測(cè)試， led亮化工程， 發(fā)現(xiàn)燈珠可以正常點(diǎn)亮， 且I-V 曲線正常， 只是出光亮度發(fā)生改變。取一些失效燈珠，辦公照明， 以機(jī)械開(kāi)封方式取出封裝膠， 發(fā)現(xiàn)支架表面均殘留有透明顆粒物， 使用SEM&EDS 測(cè)試顆粒物成分， 結(jié)果顯示其含有高含量的鍶（Sr） 元素，車(chē)間照明， 如下圖所示。

而封裝膠與支架接觸面也檢出了高含量的鍶（ Sr） 元素和鋇（Ba） 元素， 如下圖所示。

與之相比，國(guó)際資訊， 良品燈珠開(kāi)封后， 支架表面較干凈， 表面主成分為銀（Ag）和少量的碳（C） 元素， 未檢出鍶（Sr） 元素， 且在其封裝膠與支架的接觸面上也未檢出鍶（Sr） 和鋇（Ba） 元素。通過(guò)測(cè)試失效品和良品燈珠封裝膠的截面成分得知，車(chē)間照明， 二者所用的熒光粉的成分相同， 均為釔鋁石榴石（ 主要成分為氧（O） 、鋁（Al） 和釔（Y） ） 與硅酸鍶鋇（ 主要成分為碳（C）、氧（O）、硅（Si）、鍶（Sr）、鋇（Ba） 和鈣（Ca）） 混合熒光粉。

因此， LED 燈珠的失效原因?yàn)樗�使用的硅酸鹽熒光粉沉降到了封裝膠底部及支架表層， 致使因光折射規(guī)律不一致而發(fā)生色散現(xiàn)象， 導(dǎo)致色溫漂移， 同時(shí)發(fā)生燈珠變色現(xiàn)象。

支架原因

（1）異物污染支架

失效燈珠一側(cè)變色， 揭開(kāi)封裝膠后可以看到變色部位的支架的表面覆蓋了一層異物， 對(duì)異物進(jìn)行元素成分測(cè)試， 顯示其主成分為錫（ Sn） 、鉛（Pb） 元素， 測(cè)得的結(jié)果如下圖所示。

揭開(kāi)燈珠變色部位外圍的白色塑膠， 在與白色塑膠接觸的支架表面也檢出了錫（Sn）、鉛（Pb） 成分。由于異物覆蓋部位的支架與燈珠一側(cè)的引腳相連， 而引腳采用錫鉛焊接。顯而易見(jiàn)， 如果燈珠在進(jìn)行表面貼裝時(shí)， 引腳沾附了多余的錫膏， 則在焊接時(shí)， 熔化的焊料會(huì)沿著引腳爬升至與之相連的支架表面， 形成覆蓋層。因此， 此案例中LED 燈珠失效的原因是LED 燈珠在進(jìn)行組裝焊接時(shí)， 引腳焊接部位的焊料進(jìn)入了支架表面， 形成了覆蓋物， 從而導(dǎo)致了燈珠變色。

（2）支架腐蝕