3個角度分析LED燈珠變色的6種情況

文章來源:恒光電器

發布時間:2016-02-26

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LED 產品的可靠性日益受到了制造廠商及使用者的關注。而作為產品基本構成單元的LED 燈珠， 其質量的好壞直接影響著LED 成品的可靠性， 在實際應用中就常常發生因LED 燈珠的失效導致成品出現功能異常甚至完全失效的情況。近年來， 因燈珠變色導致成品出現色溫漂移、流明降低和出光效果變差等一系列可靠性問題的案例日益增多，LED照明企業， 使眾多的LED 產品生產廠家及用戶遭受了嚴重的經濟損失。

本文通過幾個LED 燈珠失效案例， 分析了導致LED 燈珠發生變色失效的根本原因。

封裝膠原因

（1）封裝膠中殘留外來異物

失效燈珠的外觀呈現局部變色發黑。揭開封裝膠， 發現有一個黑色異物夾雜在封裝膠內， 用掃描電鏡及能譜儀（SEM&EDS） 對異物進行成分分析[5-6]， 確認其主成分為鋁（Al）、碳（C）、氧（O） 元素， 還含有少量的雜質元素， 測試結果如下圖所示。結合用戶反饋的失效背景可知，綠色照明， 該異物是在封裝過程中引入的。

（2）封裝膠受化學物質侵蝕發生膠體變色

失效品為玻璃光管燈， 內部的LED 燈帶使用單組份室溫固化硅橡膠粘結固定在玻璃管上， 固膠部位燈帶上的LED 燈珠出現發黃變暗現象。失效燈珠封裝膠的材質為硅橡膠， 使用SEM&EDS 測試封裝膠的元素成分， 發現其比正常燈珠封裝膠成分多檢出了硫（S） 元素， 測試結果如下圖所示。

通常硫磺、有機二硫化物和多硫化物等含硫物質可以作為硫化劑， 使橡膠發生硫化交聯反應， 從而使橡膠的結構改變， 呈現出顏色發黃變暗、熱分解溫度升高的現象。

通過TGA 測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， 證實了封裝膠因發生硫化交聯導致其熱分解溫度升高的現象。使用ICPOES進一步對起固定作用的單組份固化硅橡膠進行化學成分分析， 檢出其中含有約400 ppm 的硫（S） 元素。

由此可知， LED 燈珠發黃變暗的原因為玻璃燈管內粘結固定用的單組份室溫固化硅橡膠在固化過程中揮發出的含硫（S） 的氣體侵入到了LED 封裝膠中， 使封裝膠發生了進一步的硫化交聯反應，而再次硫化交聯導致封裝膠體變黃變暗。后續用戶改用未使用單組份固化硅橡膠的塑料燈管則未出現燈珠變色的現象。因此， LED 生產方在產品設計選材和制造時應考慮產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致后續出現可靠性問題。

熒光粉沉降

燈珠裝配成LED 燈具后在倉庫儲存時， 發生了色溫漂移失效， 失效LED 燈珠的封裝膠由橙色變為淺黃色， 對其進行I-V 特性測試， led亮化工程， 發現燈珠可以正常點亮， 且I-V 曲線正常， 只是出光亮度發生改變。取一些失效燈珠，辦公照明， 以機械開封方式取出封裝膠， 發現支架表面均殘留有透明顆粒物， 使用SEM&EDS 測試顆粒物成分， 結果顯示其含有高含量的鍶（Sr） 元素，車間照明， 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，國際資訊， 良品燈珠開封后， 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。通過測試失效品和良品燈珠封裝膠的截面成分得知，車間照明， 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 燈珠的失效原因為所使用的硅酸鹽熒光粉沉降到了封裝膠底部及支架表層， 致使因光折射規律不一致而發生色散現象， 導致色溫漂移， 同時發生燈珠變色現象。

支架原因

（1）異物污染支架

失效燈珠一側變色， 揭開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， 對異物進行元素成分測試， 顯示其主成分為錫（ Sn） 、鉛（Pb） 元素， 測得的結果如下圖所示。

揭開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的引腳相連， 而引腳采用錫鉛焊接。顯而易見， 如果燈珠在進行表面貼裝時， 引腳沾附了多余的錫膏， 則在焊接時， 熔化的焊料會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 燈珠在進行組裝焊接時， 引腳焊接部位的焊料進入了支架表面， 形成了覆蓋物， 從而導致了燈珠變色。

（2）支架腐蝕