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，除了最常見的散熱不良之外，根據(jù)應(yīng)用上的經(jīng)驗(yàn)造成LED死燈或光衰，變色的原因還有因制造過程中化學(xué)物質(zhì)的污染而造成：

　　對于下游的應(yīng)用端，除了適當(dāng)?shù)纳峤鉀Q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(jī)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(xiàn)象，發(fā)生在升高的溫度下，且在具有很少或沒有空氣流動(dòng)的密封燈具中。

　　經(jīng)過LED封裝廠的測試發(fā)現(xiàn)一些已知很容易影響LED正常功能的化學(xué)品，用戶端最好是建立一個(gè)完善的化學(xué)不兼容的測試評估體系。有了適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，設(shè)計(jì)和測試，影響可以被最小化或直至杜絕。

　　設(shè)計(jì)者應(yīng)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?xí)筁ED發(fā)生永久性失效現(xiàn)象（如死燈、變色、暗光等等）。因?yàn)榛瘜W(xué)不兼容性和過高的LED封裝溫度致使LED失效的結(jié)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(jié)果如下圖：

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

　　核查這個(gè)電路板，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)了永久性失效現(xiàn)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(jī)硅膠（Silicone，硅）是各種大功率LED上使用的有機(jī)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。在固化過程中，硅氧烷不會(huì)形成任何固定的形狀或結(jié)構(gòu)，相反，它們固化成不同長度和形狀各異的隨機(jī)形狀。這樣就產(chǎn)生了輕微凝膠狀和具有彈性的有機(jī)硅。也就是說，這些有機(jī)硅材料充滿小孔，因此有機(jī)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，在組裝或加工過程中，在升高的溫度影響下，這些揮發(fā)性有機(jī)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），任何類型的揮發(fā)性有機(jī)化合物將環(huán)繞并擴(kuò)散到具有多孔質(zhì)的有機(jī)硅封裝的LED中。在硅膠內(nèi)部的揮發(fā)性有機(jī)化合物會(huì)占據(jù)相互交織的硅氧烷鏈內(nèi)的空隙中。伴隨著熱和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?yàn)檫@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(jī)化合物在硅占據(jù)的空隙中，隨著熱和光子能量的作用，結(jié)果揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生變色現(xiàn)象：

　　有機(jī)硅鏈

　　可靠性失效現(xiàn)象的一般規(guī)律：

　　1、伴隨著發(fā)光顏色的變化和光通量的衰減，甚至死燈；

　　2、根據(jù)不同揮發(fā)性有機(jī)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(xiàn)象會(huì)發(fā)生在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)或幾個(gè)星期不等。

　　3、發(fā)生這種可靠性失效現(xiàn)象的LED產(chǎn)品一般都是藍(lán)光LED或采用藍(lán)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?yàn)檫@些顏色的光是低能量的波長，因此需要更長的時(shí)間才會(huì)有反應(yīng)。

　　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(jī)化合物釋放出顏色暗淡的氣體，并從外部擴(kuò)散到有機(jī)硅氧烷封裝的LED零組件內(nèi)部。

　　在大多數(shù)情況下，這些滲透到有機(jī)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(xù)進(jìn)行老化，這樣擴(kuò)散到LED內(nèi)部的氣體將又揮發(fā)出來，并有可能恢復(fù)原來狀態(tài)，這就是為什么很多不是在密封的環(huán)境下試驗(yàn)的LED很少或幾乎不會(huì)發(fā)生類似變色現(xiàn)象。

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

　　化學(xué)品選擇注意事項(xiàng)：

　　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(dǎo)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(yù)防意想不到的問題發(fā)生。

　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)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)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場上所用的灌封膠或多或少都容易發(fā)現(xiàn)會(huì)有一些對LED封裝本體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)或含有對封裝密封性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)。

　　從EDS元素分析，我們發(fā)現(xiàn)銀層變黑的部分出現(xiàn)了硫（S）元素，而銀層正常部分則沒有硫（S）元素，因此，此類銀變色屬于硫化，硫（S）元素是此類銀變色的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

　　造成LED銀變色因素的來源：

　　借由對LED出現(xiàn)銀變色的不良樣品和良品進(jìn)行檢測、發(fā)現(xiàn)LED銀變色經(jīng)常在用戶端發(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(shù)據(jù)可得出結(jié)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線路板上焊盤進(jìn)行檢測，EDS分析如下，以下是焊盤的測試結(jié)果所含元素比例：

焊盤區(qū)檢測

　　借由上述對用戶端MCPCB板材進(jìn)行EDS分析，檢測銅箔（刮掉外層白油）和焊盤區(qū)，發(fā)現(xiàn)在白油板與銅層相連的位置，其含硫量非常高，含量高達(dá)1.58%-3.27%左右，焊盤區(qū)硫的含量更高達(dá)3.55%，而干凈的銅箔層則無硫成分。由此表明MCPCB板材中的硫滲入LED內(nèi)發(fā)生了硫化反應(yīng)，由于不同部位硫含量存在差異，故硫化的嚴(yán)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(yīng)用到的材料有些是與LED不兼容的，但由于在設(shè)計(jì)的時(shí)候，評估中的缺陷存在，故而出現(xiàn)了與LED的不兼容現(xiàn)象，以致出現(xiàn)銀變色現(xiàn)象，最后出現(xiàn)了色溫漂移，光通量下降的現(xiàn)象。

　　LED應(yīng)用上應(yīng)注意的事項(xiàng)：

　　綜合上述反應(yīng)原理和分析情況，列舉出以下在LED應(yīng)用上應(yīng)注意的事項(xiàng)：

　　1、車間環(huán)境最好保證在溫度30度以下/濕度40%RH-60%RH范圍內(nèi)（可采用溫濕度計(jì)監(jiān)測環(huán)境變化），并且接觸LED檢查時(shí)需戴手套或手指套，包裝袋開口后應(yīng)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)廠家提供原物料的MSDS報(bào)告（物質(zhì)安全數(shù)據(jù)表），確認(rèn)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）、鹵素類物質(zhì)（如玻璃膠、低端的雙組分樹脂膠），以防止其與LED材料發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)，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(dǎo)致LED光電性能的失效。

　　3、用戶端須特別注意生產(chǎn)過程中硫的防護(hù)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(biāo)準(zhǔn)）。從過去發(fā)生的幾起案例中的MCPCB板材進(jìn)行的EDS分析來看，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)廠家在制程制程中會(huì)清洗板材，來消除含硫、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0.5%為上限標(biāo)準(zhǔn)。

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

　　高溫下硫的特性較為活躍，可在表面貼裝前預(yù)先將MCPCB板過一次高溫回流焊爐（230度左右）再做表面清潔（可用醫(yī)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(yīng)用時(shí)的車間環(huán)境，控制硫或鹵素的含量。

　　5、LED在焊接與處理過程中，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。