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2025-07-15 11:20

5050暖白,LED光源

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2023.11.15

LED燈珠變色？這6個(gè)原因值得注意

LED 即為發(fā)光二極管，是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其核心是 PN 結(jié)，它除了具有一般 PN 結(jié)的正向?qū)?、反向截止和擊穿特性外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性 。其結(jié)構(gòu)主要包含以下幾個(gè)部分：引線、支架、封裝膠、鍵合絲、LED 芯片、固晶膠和熒光粉。LED 燈珠變色失效與其材料、結(jié)構(gòu)、封裝工藝和使用條件密切相關(guān)，以下將通過(guò)具體的案例來(lái)對(duì)其變色原因進(jìn)行分析。 ????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，如圖 2 所 示。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，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)果如圖 3 所示。結(jié)合用戶反饋的失效背景可知，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。 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圖 5 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 400ppm 的硫（S）元素。 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(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，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(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，如圖 6 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。 與之相比，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，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(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)果如圖 8 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? 失效 LED 燈珠的中間部位變色發(fā)黑，開(kāi)封后將其放在光學(xué)顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)整個(gè)支架的表面明顯地變黑，使用 SEM&EDS 測(cè)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，如圖 9 所示。通常 LED 燈珠在生產(chǎn)過(guò)程中，由于材料自身不純或工藝過(guò)程污染等原因引入硫（S）、氯 （Cl）等腐蝕性元素時(shí)，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， 樣品的支架截面形貌如圖 10 所示。使用 AES 測(cè)試失效 LED 支架淺表層成分，發(fā)現(xiàn)其中會(huì)有鎳（Ni）元素， 測(cè)試結(jié)果如圖 11b 所示，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?老化后銀層疏松產(chǎn)生孔洞、鎳層經(jīng)過(guò)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(lái)預(yù)防產(chǎn)品失效。例如：選擇質(zhì)量良好的、耐蝕的支架基材；采取適宜的電鍍工藝條件，保證形成晶粒細(xì)膩、結(jié)構(gòu)致密的鍍層，鍍層厚度均勻并達(dá)到防護(hù)要求；對(duì)于表層鍍層為銀的支架，選取有效的銀保護(hù)工藝，提高銀支架的防變色能力；在 LED 生產(chǎn)裝配的過(guò)程中，則應(yīng)防止外來(lái)的污染或腐蝕性物質(zhì)的引入，確保LED 封裝嚴(yán)密，以降低因環(huán)境中的水汽和氧氣等的侵入而引發(fā)各種腐蝕的可能性。 以上分析了因封裝膠、熒光粉和支架構(gòu)件異常導(dǎo)致 LED 燈珠變色失效的原因和機(jī)理，希望能為業(yè)界提供參考和指引，使 LED 生產(chǎn)方在選材及制造過(guò)程中采取有效的措施來(lái)預(yù)防這些失效現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)一步地提高 LED 成品的可靠性。

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2023.11.15

LED燈珠的焊接方法

貼片LED燈珠的焊接方法有多種，下面是其中一種常用的方法，供參考。首先用電烙鐵在燈珠的正、負(fù)極焊盤(pán)上燙上一些焊錫（焊錫千萬(wàn)不能多，否則，用熱風(fēng)槍一加熱，正、負(fù)極的焊盤(pán)就會(huì)連在一起），然后用熱風(fēng)槍同時(shí)加熱正、負(fù)極焊盤(pán)，待錫熔化后，用鑷子將燈珠的正負(fù)極放在對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)上即可。 　　 該操作要快、要準(zhǔn)，否則，熱風(fēng)槍會(huì)把LED的塑封熔化而損壞。 　　 在沒(méi)有熱風(fēng)槍的情況下，按LED燈珠的結(jié)構(gòu)和所用基板的不同也可用不同的焊接方法。貼片LED燈珠引腳有采用半塑封的，即燈珠兩邊外露一小部分引腳，如常用的5730、7020、4014等；也有采用全塑封的，即燈珠的正負(fù)極全部在芯片的底部，如3030等。對(duì)半塑封的燈珠如7020的焊接也比較容易，同樣在焊接前要先在焊盤(pán)上燙一點(diǎn)錫（燈珠的引腳不要燙錫），兩邊用鑷子把燈珠的正負(fù)極對(duì)應(yīng)放在焊盤(pán)上，用手指或小改錐壓住燈珠，最后用電烙鐵迅速對(duì)外露的電極進(jìn)行加熱，同時(shí)手指適當(dāng)加力往下壓（加熱時(shí)，烙鐵不能來(lái)回搓動(dòng)，手指的壓力也不要過(guò)大，否則會(huì)損壞燈珠）。 　　 　　對(duì)于全塑封的燈珠（如3030），若燈條基板為普通的電路板，則先用刀片把燈珠焊盤(pán)周?chē)钠峁胃蓛簦冻鲢~線，然后在焊盤(pán)上燙少許錫，先焊焊盤(pán)大的電極，接著把電烙鐵放在新刮出的銅線上加熱（不能放到焊盤(pán)上），待焊盤(pán)上的錫熔化后，用鑷子把燈珠的對(duì)應(yīng)極放在焊盤(pán)上略加壓即可，最后焊焊盤(pán)小的電極。必須先焊焊盤(pán)大的電極是因?yàn)樗璧募訜釙r(shí)間長(zhǎng)，若后焊此電極，燈珠易過(guò)熱而損壞。 　　 　　若燈條基板為鋁基板，就不能用上述方法了，因?yàn)橛娩X基板的線路都設(shè)計(jì)得很細(xì)。在焊接這類(lèi)燈條的燈珠時(shí)，可利用熱傳導(dǎo)來(lái)焊接燈珠，對(duì)燈珠正負(fù)極焊盤(pán)的背面鋁板同時(shí)加熱，待焊盤(pán)上的錫熔化后，把燈珠放在焊盤(pán)上略加壓即可。加熱器可從淘寶上購(gòu)買(mǎi)，也可用大功率電烙鐵（不小于100W的）來(lái)代替。 　　 　　用電烙鐵焊接燈珠時(shí)，電烙鐵的外殼必須很好地接地，最好也戴上防靜電手環(huán)，以防感應(yīng)電和靜電損壞LED燈珠。另外，烙鐵頭要磨成馬蹄形的，以增大接觸面積，縮短焊接時(shí)間。

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