LED燈珠的好壞直接影響著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，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題的案例日益增多，這里通過幾個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)封裝膠中殘留外來異物

 失效燈珠的外觀呈現(xiàn)局部變色發(fā)黑。揭開封裝膠，發(fā)現(xiàn)有一個黑色異物夾雜在封裝膠內(nèi)，用掃描電鏡及能譜儀(SEM&EDS)對異物進(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，結(jié)合用戶反饋的失效背景可知，該異物是在封裝過程中引入的。

 (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。

 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，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。

 由此可知，LED燈珠發(fā)黃變暗的原因?yàn)椴Ａ艄軆?nèi)粘結(jié)固定用的單組份室溫固化硅橡膠在固化過程中揮發(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)計選材和制造時應(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)可靠性問題。

 熒光粉沉降

 燈珠裝配成LED燈具后在倉庫儲存時，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，對其進(jìn)行I-V特性測試， 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，以機(jī)械開封方式取出封裝膠，發(fā)現(xiàn)支架表面均殘留有透明顆粒物，使用SEM&EDS測試顆粒物成分， 結(jié)果顯示其含有高含量的鍶(Sr)元素。

 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。

 與之相比，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，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，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褂玫墓杷猁}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(jìn)行元素成分測試，顯示其主成分為錫(Sn)、鉛(Pb) 元素。

 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(cè)的引腳相連，而引腳采用錫鉛焊接。顯而易見，如果燈珠在進(jìn)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(jìn)行組裝焊接時，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

 失效LED燈珠的中間部位變色發(fā)黑，開封后將其放在光學(xué)顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)整個支架的表面明顯地變黑，使用SEM&EDS測試發(fā)黑支架的成分，結(jié)果顯示，除了正常的材質(zhì)成分外，發(fā)黑支架中還具有較高含量的腐蝕性硫(S)元素，而支架表面鍍銀層局部也呈現(xiàn)出疏松的腐蝕形貌。

 通常LED燈珠在生產(chǎn)過程中，由于材料自身不純或工藝過程污染等原因引入硫(S)、氯(Cl)等腐蝕性元素時，在一定條件下(如高溫、水汽殘留等)，其金屬支架極易發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致燈珠出現(xiàn)變色、漏電等失效現(xiàn)象。

 (3)支架鍍層質(zhì)量差

 LED燈珠點(diǎn)亮老化后出現(xiàn)變色發(fā)黑現(xiàn)象，且失效率高達(dá)30%。去掉燈珠表面的封裝膠后，發(fā)現(xiàn)支架表層銀鍍層失去原有的光亮，呈現(xiàn)灰色。使用SEM觀察支架表層微觀形貌，發(fā)現(xiàn)與未裝配的半成品支架相比，LED失效燈珠的支架表面銀層疏松且有較多的孔洞。將半成品支架和失效LED制作成切片，觀察其截面鍍層質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)支架鍍層結(jié)構(gòu)為銅鍍鎳再鍍銀，與半成品相比，失效品支架的鎳鍍層變薄，表層銀層變得疏松，且鎳銀鍍層界限變得模糊。

 使用AES測試失效LED支架淺表層成分，發(fā)現(xiàn)其中會有鎳(Ni)元素，很顯然，鎳鍍層擴(kuò)散至了銀層表面。由此得出，LED燈珠變色的原因?yàn)樗玫闹Ъ苠儗硬涣迹匣筱y層疏松產(chǎn)生孔洞，鎳層經(jīng)過銀層孔洞擴(kuò)散到銀層表面，導(dǎo)致銀層發(fā)黑，燈珠變色。

 在眾多的LED變色失效案例中，因支架變色或腐蝕導(dǎo)致的失效所占的比例是最高的。因此，LED或支架生產(chǎn)方應(yīng)采取一些措施來預(yù)防產(chǎn)品失效。