硫化_LED防硫化培训教材

Totals
100.00
Ag L
62.02
47.85
1. 将3528功能区黑化样品，
Cd L
2.70
2.00
剖开发现功能区表面及封
Totals
100.00
装胶底部呈现的黑化现象
是一致性的。
4. 经 EDX分析，功能区黑化区域，发现有 ( 硅)Si 及
2. 再将 PPA胶体剖开，发
( 硫)S 存在，也有微量 Cu(备注 : 因有 ( 硅)Si 及
硫（ S)，在工业上主要用于制作硫酸，硫化橡胶。硫化橡胶是在生胶原料中添加 适量硫磺及其他配料在一定温度下进行处理，生成线型分子相互交联形成网状结构， 以增强橡胶的性能。
★ 什么是 LED的硫化？
LED的硫化是由于硫（ S 2 ? ） ，或含硫物质在一定温度（热量促进分子运动加 剧）、湿度（ H2O)条件下，其中 -2 价的硫与 +1价的银发生化学反应生成黑色 Ag2S的 过程。由于有机硅封装的 LED产品具有高度透湿透氧的特性，故 LED硫化反应在此类 产品的应用过程中较为常见。硫化后的 LED表现为支架黑化不良，光通量下降明显。
? 正常品
LED支架功能区黑化后， 光通量严重降低
? 案例 7 某客户采用 A-5060H238W-3-B-S用于灯杯，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
库存未使用 LED进行正常 老化实验无黑 化现象发生
通过观察同 一 颗 LED发现： 正极引脚发 生黑化，而 负极正常。
.....
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? 案例 8 某客户采用 A-5060H245W-3-B-S用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
.....
.
? Part2: TOP-LED 的封装工艺与结构
TOP LED是表面粘著型发光二极管，适用 于SMT制程，主要由以下几个部分组成： a. 朔料外壳 b. 透 光 胶 体 c. 粘 接 胶 d. 芯 片 e. 芯 片 电 极连接 线 f. 引 脚
支架 PIN脚 基材为合金 铜，外表面 为镀银层 .
? 支架 PAD正常区域
? PAD 异常区
域Element
Weight%
Atomic%
Element Weight% Atomic%
OK
0.00
0.00
Si K
0.34
1.28
Si K
0.73
2.17
Ag L
96.389Βιβλιοθήκη .59SK2.13
5.52
Cd L
3.29
3.13
Cu L
32.42
42.46
? 案例 1 某客户采用 A-3528H252W-S 经贴板回流焊接后出现支架黑化
封装前镀银 支架
.....
硅胶工艺 3528白光
贴板回流焊接后，经老化 OK之成品放置一段时间
支架功能区与硅胶界面 镀银层产生黑色颗粒
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? 案例 2 某客户采用 A-3528H238W-S用于 3灯发光模组，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
D
E
F
? 硅树脂工艺
实验后，仅代号 为F的胶水封装 之材料出现少量 红墨水从支架底 部渗入的现象。
? 结论：硅树脂工艺 LED密封性能明显要优于硅胶工艺 LED。密封性方面 F＞E＞D ＞ C＞B＞ A
.....
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? Part3: TOP-LED 发生硫化反应的环节
通过对出现硫化的 LED应用不良样品和良品进行检测、排查，发现 架硫化的不良环节均发生 PCB经回流焊——老化——储存过程中。
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? 通过对已经贴装，且出现 LED黑化不良的样品进行 EDX分析，确认支架外部硫含量远高于内 部， 初步可判断硫的来源为 TOPLED支架外界回流焊接后逐渐渗入支架内部。
说明： 表 1、2中012、013取 自支架功 能区两个测试点； 表3、4中的 018取自支架引脚 部位的 1个测试点， 019取自支 架引脚焊锡膏上的 1个测试点。 从数据来看，支架引脚上 S的 含 量远远高于支架内部功能区， 这表明硫元素从外界自然渗入。
A
B
C
? 硅胶工
艺
实验后，支架内 部均出现了不同 程度的支架功能 区硫化的现象。
功能区严重硫化
D
.....
功能区中度硫化
E
功能区中度硫化
F
? 硅树脂工艺
实验后，仅代号 为 D的胶水封装 之材料出现支架 边缘轻度黑化 （硫化）的迹象。
支架边缘轻微渗透，出现黑化迹象
.
功能区正常
功能区正常
.....
.
支架引脚 部位也出现 了黑色颗粒
支架功能区、以及 PIN脚部位均出现了黑化现象
? 案例 3 某客户采用 A-3528H241W-S1用于 LED灯管，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
正常品
异常品
.....
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? 案例 4 某客户采用 A-3528H196W-S用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
TOP LED在应用端发生支
LED应用产品的制作工艺流程： 印制板裸板 — （ TOP LED） SMT — 回流焊 — （洗板水或
其它化学溶剂） 清洗 — （电性）测试 — 通电老化
★ 为查找硫的来源，通过追溯①可能含硫的核心原物料（支架、荧光粉、封装胶）， ②发生硫化的 TOP LED工艺流程，③客户端采用的 PCB、及相关物料进行 EDX分析，来逐 一排查导致 TOP LED硫化之环节。 ? 追溯支架制程是否含硫
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LED防硫化培训教材
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●目录 Contents
? Part1: TOP-LED发生硫化的不良表现 ? Part2: TOP-LED的封装工艺与结构 ? Part3 : TOP-LED发生硫化反应的环节 ? Part4: 如何预防 LED硫化问题的发生
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Part1: TOP-LED 发生硫化的不良表现
铝酸盐系荧光
硅酸盐系荧光粉 Intematix:Eu 2+ Dope(SrBaMg)2SiO4
从化学分子式、以及物质 MSDS资料来看，荧光粉本身是不含硫的。
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? 追溯硅胶是否含硫
? 追溯封装工艺制程是否含硫
通过对制程、相关工艺条件、环境及辅料追溯，以及对良品在经过回流炉后进行高温环境 实验，未在内部发现硫（ S）的来源。
? 硅树脂封装工艺、硅胶封装工艺白光 LED密封性能对比
实验过程：
将 A、 B、C、 D、 E、 F六款胶水封装之白光 LED进行红墨水渗透实验，其中 A、 B、 C 为硅胶工艺产品， D、E、 F为硅树脂工艺产品，以此来检验各款胶水实际密封能力的好坏。
A
B
C
? 硅胶工艺
实验后，支架内 部均出现了不同 程度的红墨水渗 入支架底部的现 象。
黑化的 渐进过程 ? 案例 9 5730H241W-3-S用于照明灯具后出现支架黑化
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★ 黑化现象的不良分析案例一：
2灯模组中，对 3528出现黑化的引脚部位 其含量约占所测成分的 10%
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A、 B点进行 EDX、 SEM分析，确认含有硫的成分，
? EDX元素扫描
.....
.
? De-cap后，对支架功能区、 PPA进行 EDX元素扫描分析
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.
? 支架镀银层表面的黑色物质经能谱仪扫 描 含S元素，由此可断定为 Ag2S
★ 总结：
? 综合以上不良案例及案例分析可以发现，目前应用端出现的
LED黑化现象是由于支架
镀银层发生硫化的不良表现，从统计的所有硫化案例来看，该不良主要发生于
TOP白光系
列产品中。硫化现象的发生与选用哪款 LED芯片没有必然联系，大部分硫化不良主要发生
EDS
分析发现除了大量 Ag( 银 ) 的信号之外，其次 S( 硫 ) 的信号也非常明显，因此可以确定黑化
问题是因为 Ag 1+与 S 2 ? 产生反应所造成之化学反应；银对硫有很强的亲和力，加热时可
以与硫直接化合成 Ag2S。
.....
.
关于 硫化银 Ag2S
? 硫化银（化学式： Ag2S），是银的硫化物，标准情况下为黑色 立 方体晶系晶体，难溶与水。自然届中主要以辉银矿和螺状硫银矿存 在，也是银与硫化氢氧体接触时表面生成的黑斑的主要成分。它有 三种变体：单斜的螺硫银， 176℃以下稳定；体心立方的辉银矿， 176℃以上稳定；以及一种面心立方在 586 ℃以上稳定的变体，它可 以导电。 ? 硫和银混合不加热情况下直接化合，氧化银与硫加热生成硫化 银 和硫酸银，湿气存在下硫酸银被硫转化为硫化银，以及硫代硫 酸钠 与氧化银、硝酸银和其它可溶银盐反应，生成的硫代硫酸银 不稳定 分解，或可溶硫化物与银盐作用，都可以作为硫化银的制 作途径。 硫化银不溶于氨水，但溶于卤金属氰化物和硝酸中。室 温空气中它 是稳定的，真空加热到 350℃时分解，空气中加热至 1085 ℃以下时 被氧化为硫酸银。加热时可被氢氧还原。
? 案例 5 某客户采用 3528D20W-2P用于照明灯具，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
支架底部黑 化现象较为 严重，银层 基本被完全 腐蚀，露出 内部铜材
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? 案例 6 某客户采用 A-3528H322W-S用于发光模组，经贴板回流焊接放置一段时间后出现支架黑化
? 异常品
缺点：散热不佳、应力大、抗紫 外能力弱
优点：高折射率、 高透光率， 密 封性能优于硅胶，散热能 力 介于环氧树脂和硅胶之间， 具有树脂和硅胶的部分特性
缺点：应力较硅胶大，高温焊接 不当易出现胶裂 / 分层
优点：散热性能好、应力较小 、 抗紫光能力强
缺点：密封性不佳、防护能力弱、 抗震性差、具有透氧透湿 特性，用于户外时需对灯 体结构进行二次防护处理
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? 硅树脂封装工艺、硅胶封装工艺之白光 LED抗硫化能力对比
实验过程： 将A、 B、C、D、E、 F六款不同的封装胶水（注：前三款为硅胶，后三款为硅树脂胶） 的封装成品放在浓度为 10%的硫磺水中浸泡，常温下存放 24H，观察胶水的浸泡效果及回流焊后的 效果。硫化实验表明硅树脂工艺材料的抗硫化能力强于硅胶工艺材料，且硬度越高，抗硫化能力 越强。硬度对比： F＞E＞D＞A,B,C( 三款硬度相当）；抗硫化能力： A ＜ B＜ C＜ D＜ E＜F
.....
对已封装的正常品支架的功能区进行
.
EDX分析，确认支架本身不含硫。
Element CK Ag L Totals
Weight% 2.87 97.13 100.00
Atomic% 20.95 79.05
? 追溯荧光粉是否含硫 目前主要采用以
下两大系列荧光粉配制白光
粉YAG:Ce3+ DopeY3Al 5O12
选用有质量保证的pcb板材和锡膏及其它配套辅料不含硫或者硫的含量低于安全标准从目前对发生硫化的几起案例中的pcb板材进行的edx分析来看市面上生产专业word可编辑以降低pcb焊盘和金手指表层的硫含量回流焊前可几率多板材均残留有不同含量的硫尽管pcb生产厂家在制程工艺中会清洗板材来消除含硫含酸化学溶剂的残留但普通的生产工艺较难完全清除干净含量进行质量管控一般以pcb铜箔以上硫s的含量最咼不得超过05为上限标准
TOP LED气密性能受制于外壳材质、以及外封 胶体与外壳的结合性能。目前 TOP系列白光 LED 为达到有效散热效果，降低光衰率，普遍 采用 高分子有机硅、硅树脂作为密封胶，而硅 胶具有透氧透湿性，在耐高温方面尽管优于环
.....
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氧（ EPOX）Y ，但密封性不佳。这就出现了当 TOP LED与含硫物质接触时，硫元素极易渗入 LED支架功能区，从而发生镀银层被硫化的现 象。
现 PPA附着的表面并无黑
( 硫)S 存在，将 Ag层表面侵蚀而产生 Cu露出 ) 。
化现象。
5. 经 EDX分析，未有黑化的表面区域，都是 Ag，属
3. 硅胶体与 PPA结合面无
正常现象。
黑化，硅胶体与支架镀层
6. 此黑化现象，应发生于回流焊接过程中 S渗入
结合面存在黑化现象。
支架底部，而导致与 Ag层接触产生的硫化反应。
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? TOP LED主要的三种封装工艺 ? ① 环氧封装工艺
主要作为普光 LED封装 胶水
? ②硅树脂封装工艺
主要作为高亮度白光 LED 封装胶水
? ③硅胶封装工 艺
主要作为常规照明系 列，且对于散热有较 高要求的 LED封装胶水
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优点：密封性好、 抗震性强、 防护能力好、成本低
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? 追溯 LED应用成品 PCB是否含硫（分析案例一）
经过对应用端提供的 PCB板材取不同的点进行 在。这表明硫的来源与 PCB本身具有相关性。
PPA与硅 胶结合界 面不含硫
支架镀银 层与硅 胶结合界 面含硫
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? De-cap后，对封装胶进行 EDX元素扫描分 析
与支架镀 银层结合 界面的硅 胶含硫
.....
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★ 黑化现象的不良分析案例二：
通过 EDX、 SEM元素分析，支架无黑化现象部位 不含硫；支架黑化部位硫的含量约占 2%
于硅胶工艺（ -S ）封装的 LED产品中， -S1 硅树脂工艺发生硫化的几率则相对较低。
支架底部变黑的原因是外界的硫离子 S2 ? 以空气中的水分子作为载体侵入 LED灯内部
支架 Ag 层，在一定条件下生成硫化物导致 。从发生的各种不良案例来看，支架银层硫化
的强烈、快慢程度与硫含量、以及温度、时间具有直接关系。该些硫化物质或颗粒经