LED化學(xué)不兼容測試 看LED可與哪些化學(xué)品一起使用

影響LED照明燈具壽命的因素很多，除了最常見(jiàn)的散熱不良之外，根據應用上的經(jīng)驗造成LED死燈或光衰，變色的原因還有因制造過(guò)程中化學(xué)物質(zhì)的污染而造成：

　　對于下游的應用端，除了適當的散熱解決之外，另外在燈具組裝的制程中，或制作制程的化學(xué)添加物皆須避免所謂化學(xué)物質(zhì)不兼容九LED照明燈具中不兼容的揮發(fā)性有機化合物，可以很快損害任何制造商的LED。這種化學(xué)物質(zhì)不兼容往往是一個(gè)局部現象，發(fā)生在升高的溫度下，且在具有很少或沒(méi)有空氣流動(dòng)的密封燈具中。

　　經(jīng)過(guò)LED封裝廠(chǎng)的測試發(fā)現一些已知很容易影響LED正常功能的化學(xué)品，用戶(hù)端最好是建立一個(gè)完善的化學(xué)不兼容的測試評估體系。有了適當的預防措施，設計和測試，影響可以被最小化或直至杜絕。

　　設計者應該充分考慮最大限度地減少化學(xué)物質(zhì)之間的影響（主要是LED的一次光學(xué)透鏡Molding膠與在電子組裝和燈具中用到的各種化學(xué)品），因這些物品搭配在一起可能會(huì )損害LED的光輸出效率，甚至會(huì )使LED發(fā)生永久性失效現象（如死燈、變色、暗光等等）。因為化學(xué)不兼容性和過(guò)高的LED封裝溫度致使LED失效的結果是一樣的：即光通量衰減、色溫漂移。

　　LED可以與哪些化學(xué)品，一起使用，哪些類(lèi)型的灌封膠？能不能灌膠？灌膠對LED有什么影響？

　　在化學(xué)品影響LED的案例：

　　1、對不良樣品LED透鏡進(jìn)行EDS分析結果如下圖：

　　2、對不良樣品LEDSilicone進(jìn)行EDS因素分析結果有Na和Cl等異常元素出現如下表：

　　核查這個(gè)電路板，結果發(fā)現存在潛在的化學(xué)污染物，即有一個(gè)粘接透鏡的涂層出現在LED元件附近（如上述透鏡），LED與這個(gè)粘接涂層發(fā)生了不利于LED的化學(xué)作用。這種化學(xué)物質(zhì)與LED封裝本體不兼容，以致LED出現了永久性失效現象。因此了解和防止這些LED與燈具中用到的化學(xué)品的不兼容性是極其重要的。

　　有機硅膠（Silicone，硅）是各種大功率LED上使用的有機硅材料，如CreeXPE的LED。經(jīng)均勻混合后注入模具中，在一定的溫度條件下固化一段時(shí)間就成型了。在固化過(guò)程中，硅氧烷不會(huì )形成任何固定的形狀或結構，相反，它們固化成不同長(cháng)度和形狀各異的隨機形狀。這樣就產(chǎn)生了輕微凝膠狀和具有彈性的有機硅。也就是說(shuō)，這些有機硅材料充滿(mǎn)小孔，因此有機硅具有透氣性和透濕性。燈泡，或其它固態(tài)照明燈具產(chǎn)品中經(jīng)常使用的灌封化合物材料，如灌封膠、皮圈、墊片，在組裝或加工過(guò)程中，在升高的溫度影響下，這些揮發(fā)性有機化物材料就會(huì )揮發(fā)出氣體。

　　揮發(fā)性氣體的滲透和可靠性變化過(guò)程：

　　在密閉的環(huán)境中（如下面的二次光學(xué)或夾具蓋），任何類(lèi)型的揮發(fā)性有機化合物將環(huán)繞并擴散到具有多孔質(zhì)的有機硅封裝的LED中。在硅膠內部的揮發(fā)性有機化合物會(huì )占據相互交織的硅氧烷鏈內的空隙中。伴隨著(zhù)熱和LED發(fā)射的高能光子，揮發(fā)性化合物會(huì )變色并阻擋LED發(fā)射的光。這種變色通常發(fā)生在LED芯片正上方的表面，因為這是溫度和磁通密度最高的位置。

　　下圖表示的是揮發(fā)性有機化合物在硅占據的空隙中，隨著(zhù)熱和光子能量的作用，結果揮發(fā)性有機化合物發(fā)生變色現象：

　　有機硅鏈

　　可靠性失效現象的一般規律：

　　1、伴隨著(zhù)發(fā)光顏色的變化和光通量的衰減，甚至死燈；

　　2、根據不同揮發(fā)性有機化合物的性質(zhì)（例如，分子的大小或其對熱的敏感性），這種可靠性失效現象會(huì )發(fā)生在幾個(gè)小時(shí)內或幾個(gè)星期不等。

　　3、發(fā)生這種可靠性失效現象的LED產(chǎn)品一般都是藍光LED或采用藍光芯片與螢光粉封裝的白光LED。

　　4、紅光、琥珀光或綠光LED很少或幾乎不會(huì )發(fā)生，因為這些顏色的光是低能量的波長(cháng)，因此需要更長(cháng)的時(shí)間才會(huì )有反應。

　　灌封膠對LED的不良影響：

　　如上面的圖示所述，LED芯片上方封裝膠的變色是由于一個(gè)揮發(fā)性有機化合物釋放出顏色暗淡的氣體，并從外部擴散到有機硅氧烷封裝的LED零組件內部。

　　在大多數情況下，這些滲透到有機硅封裝膠分子的空隙中的揮發(fā)物，不會(huì )損壞聚硅氧烷本身的功能。在此種情況下，如果去除上述已變色的LED上面的的光和密封蓋，并且繼續進(jìn)行老化，這樣擴散到LED內部的氣體將又揮發(fā)出來(lái)，并有可能恢復原來(lái)狀態(tài)，這就是為什么很多不是在密封的環(huán)境下試驗的LED很少或幾乎不會(huì )發(fā)生類(lèi)似變色現象。

　　然而，作為燈具設計者要特別注意的是，有相當一部分揮發(fā)性有機化合物（不光是揮發(fā)出有顏色的，大多是揮發(fā)出無(wú)色的氣體），可以破壞封裝膠，使其膨脹和開(kāi)裂，使LED不能承受的，由于封裝膠的膨脹和開(kāi)裂會(huì )扯斷封裝內部金線(xiàn)，從而造成閃爍、死燈等不良現象。

　　化學(xué)品選擇注意事項：

　　在選取燈具使用的材料時(shí)，特別需要考慮采用的灌封膠、粘接膠、導熱膏、焊劑和殘余化學(xué)品，任何會(huì )接觸到LED的化學(xué)品都要慎重考慮，即使是電路板，隨著(zhù)工作溫度的升高，也會(huì )釋放出可能對LED有損傷的氣體。

　　因此生產(chǎn)前的測試可以幫助預防意想不到的問(wèn)題發(fā)生。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗測試發(fā)現下列化學(xué)品對LED是有害的，在LED的燈具中，即使是少量的這些化學(xué)物質(zhì)的氣體也可能會(huì )使LED變色或損壞：

　　經(jīng)過(guò)試驗發(fā)現，現在市場(chǎng)上所用的灌封膠或多或少都容易發(fā)現會(huì )有一些對LED封裝本體發(fā)生化學(xué)反應的物質(zhì)或含有對封裝密封性結構產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)。

　　從EDS元素分析，我們發(fā)現銀層變黑的部分出現了硫（S）元素，而銀層正常部分則沒(méi)有硫（S）元素，因此，此類(lèi)銀變色屬于硫化，硫（S）元素是此類(lèi)銀變色的罪魁禍首。

　　造成LED銀變色因素的來(lái)源：

　　借由對LED出現銀變色的不良樣品和良品進(jìn)行檢測、發(fā)現LED銀變色經(jīng)常在用戶(hù)端發(fā)生。

　　經(jīng)檢測到的案例如下所示：

　　不良MCPCB檢測案例：

　　1、刮除MCPCB上防焊白油后，檢測MCPCB銅箔元素成分，元素EDS分析成分比例如下：

　　從上述測試數據可得出結論：刮除MCPCB板材表面白油，檢測到銅箔硫(S)的含量明顯，且不同測試點(diǎn)硫（S）含量也不相同。

　　2、對MCPCB線(xiàn)路板上焊盤(pán)進(jìn)行檢測，EDS分析如下，以下是焊盤(pán)的測試結果所含元素比例：

焊盤(pán)區檢測

　　借由上述對用戶(hù)端MCPCB板材進(jìn)行EDS分析，檢測銅箔（刮掉外層白油）和焊盤(pán)區，發(fā)現在白油板與銅層相連的位置，其含硫量非常高，含量高達1.58%-3.27%左右，焊盤(pán)區硫的含量更高達3.55%，而干凈的銅箔層則無(wú)硫成分。由此表明MCPCB板材中的硫滲入LED內發(fā)生了硫化反應，由于不同部位硫含量存在差異，故硫化的嚴重程度并不一致。

　　以上只是所用的材料中的一種，實(shí)際上應用到的材料有些是與LED不兼容的，但由于在設計的時(shí)候，評估中的缺陷存在，故而出現了與LED的不兼容現象，以致出現銀變色現象，最后出現了色溫漂移，光通量下降的現象。

　　LED應用上應注意的事項：

　　綜合上述反應原理和分析情況，列舉出以下在LED應用上應注意的事項：

　　1、車(chē)間環(huán)境最好保證在溫度30度以下/濕度40%RH-60%RH范圍內（可采用溫濕度計監測環(huán)境變化），并且接觸LED檢查時(shí)需戴手套或手指套，包裝袋開(kāi)口后應及時(shí)封口，防止腳位氧化。

　　2、避免LED暴露在偏酸性（PH<7）的車(chē)間環(huán)境中，對于采購的其它LED組裝配套的物料，可要求生產(chǎn)廠(chǎng)家提供原物料的MSDS報告（物質(zhì)安全數據表），確認其中是否含硫、（如MCPCB板材、橡膠手套、橡皮筋、硫磺香皂中均含有硫）、鹵素類(lèi)物質(zhì)（如玻璃膠、低端的雙組分樹(shù)脂膠），以防止其與LED材料發(fā)生化學(xué)或物理反應，例如LED與含硫、含鹵物質(zhì)接觸或存于酸性環(huán)境下，極易造成LED產(chǎn)品鍍銀層腐蝕、LED硅膠、螢光粉物料性能發(fā)生變異，從而導致LED光電性能的失效。

　　3、用戶(hù)端須特別注意生產(chǎn)過(guò)程中硫的防護處理，并選用有質(zhì)量保證的MCPCB板材和錫膏及其他配套輔料（不含硫、鹵素等或者是含量低于安全標準）。從過(guò)去發(fā)生的幾起案例中的MCPCB板材進(jìn)行的EDS分析來(lái)看，市面上生產(chǎn)的很多板材均殘留有不同含量的硫，盡管MCPCB生產(chǎn)廠(chǎng)家在制程制程中會(huì )清洗板材，來(lái)消除含硫、含酸化學(xué)溶劑的殘留，但普通的生產(chǎn)制程較難完全消除干凈，對此，需要對MCPCB板殘硫量進(jìn)行質(zhì)量管控，一般以MCPCB銅箔上硫（S）的含量最高不超過(guò)0.5%為上限標準。

　　4、LED在進(jìn)行貼片（SMT）時(shí)，可以借由以下臨時(shí)措施來(lái)進(jìn)行預防：

　　高溫下硫的特性較為活躍，可在表面貼裝前預先將MCPCB板過(guò)一次高溫回流焊爐（230度左右）再做表面清潔（可用醫用酒精等等）處理（若條件不允許的情況下，可直接進(jìn)行貼裝前的MCPCB表面清潔）以降低MCPCB焊盤(pán)和表層的硫含量。

　　定期清潔回流焊爐和除濕用的烤箱減少硫或鹵素的含量；控制LED或含LED的組件在銲接、處理和應用時(shí)的車(chē)間環(huán)境，控制硫或鹵素的含量。

　　5、LED在焊接與處理過(guò)程中，請不要使用含有硫或鹵素的輔料（如橡膠手套、橡膠手指套、橡皮筋、填充膠玻璃膠、熱熔膠等等）接觸LED。