LED封装器件发生硫化的原因
2013-08-24 23:38阅读:
在
LED照明的应用领域中,以软硅胶为封装材料虽然应力低,但是其多孔性结构所造成的镀银层易
硫化变黑(Silver Tarnishing)是不可忽略问题。
LED供货商一般都是要求不可以在含硫环境生产及使用
LED。但是照明灯具生产及使用的复杂环境中含硫几乎是一个无可回避的现实,而且真实使用环境中含硫量(或其他可能污染物)也没有一定的标准,更难以监测及控制。
LED硫化
由于耐温及耐UV的稳定的新硅胶的发展促进了高功率
LED封装的突飞猛进,突破了降低应力及提高光效的开发瓶颈。但是近年来
LED照明领域中,使用软硅胶的封装内长久使用一段时间后,常发现有镀银层
硫化变黑现象造成光衰及相关色温(
色坐标)飘移等可靠性问题。
因此
LED供货商都是要求不可以在含硫环境生产及使用
LED。一般而言,蓝/白光
LED的PPA支架由于耐温限制是采用硬硅胶固晶,当硫入侵LED封装时往往先会在其金属/PPA间的缝隙间先发现有
硫化发黑而不是在功能区内因为银胶及硬硅封胶有较高阻绝银与硫的接触的功能。因此可以发现在
LED芯片固晶区有一圈
硫化较轻的区域(图1)。当
硫化严重时,全部镀银层表面的硫化愈明显,发黑现象不难以光学显微镜(OM)看镀银层发黑及用电子显微镜(SEM/EDX)找出硫元素来确认。
虽然LCD的背光应用领域已有些大厂的抗
硫化测试方式,例如以1~20PPM
硫化氢(H2S)/40~50℃/75~90%相对湿度/168Hrs。在
LED照明领域也有用硫粉/50-90%相对湿度/70℃/8HRs,目前似乎尚未为出现统一的
LED硫化测试标准。
其实这些测试条件存在一些盲点:例如
LED测试过程中
LED未点亮及环境中可能的存在的其他污染性气体可能加速引发
硫化:如氯(Cl2),二氧化氮(NO2),二氧化硫(SO2)等。因此当一般无法完全排除含硫可能性的照明环境中,正常使用的
LED如果发生
硫化时,我们将面对的是不明确的抗外来
硫化测试标准及无法排除封装内的污染引发硫化的可能性。
一般来说除非
LED支架镀金否则很难排除
硫化的可能性,但是镀金因比镀银较吸收光也会造成约10-20%的光输出损失。因此镀银是大多数的选择。所以镀银层
硫化是不可忽略的问题。
下面详细分析其中一案例是镀银支架采用金锡共晶焊(Eutectic Bonding)固晶的实际应用过程中
LED硫化失效的原因:
1.老化测试
本案例之老化测试有连续点亮老化48小时及On/Off点亮老化48小时两种。图2(A)显示老化后持续监测亮度衰减情况发现
LED固晶区发黑及光通量明显衰减出现在的某些特定批次。较严重者甚至已超过10%,而
LED固晶区未发黑批次则光通量衰减正常。而且发现发黑批次
LED经On/Off点亮老化48小时后比持续老化测试似乎有更明显亮度衰减趋势,
移除硅胶后,正常批次
LED OM观察发现固晶区镀银层正常未变色。而发黑批次
LED则在固晶区镀银层局部轻微发黑,在高倍光学显微镜下影像可明显发现发黑的边界。
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