0 引言

發光二極管作為電子產品中不可缺少的一個器件，光強的一致性與亮度是重要指標。因此，隨著貼片器件的常規化使用，除了要求在小型化、多元化方面優化之外，對于光強可靠性研究也存在重大的意義。

1 貼片發光二極管光強衰弱原因分析

在空調生產過程中，對于物料的使用壽命以及持久度是考評整個產品的一個維度。而對于發光二極管，在性能參數方面存在1個重要的研究——光衰。光衰是對發光器件評定的1項重要指標，在常規器件性能VF與IR合格的情況下，光衰大小成為了區分產品差異化的1個閃光點。

造成光衰過大的原因通常除了生產工藝和發光芯片本身的發光強度之外，在通電條件合格的情況下，更多的是器件發光的外部環境以及內部環境的影響。

外部環境因素：高溫、低溫、外部光強等。

內部環境因素：晶圓發光強度極限，晶圓表面污染物，晶圓內部聚光結構，熒光粉的添加，發光角度等。

2 貼片發光二極管光衰驗證

在對A廠家某貼片發光二極管物料進行高溫老化試驗時，實驗前光強符合技術圖紙要求（MIN:2.1 cd、MAX：3.0 cd），但是經過300 h/125 ℃高溫試驗之后，光強大比例衰減，衰減百分比（衰減百分比公式：實驗前-實驗后/實驗前×100%）高達30%，通常為滿足售后客戶使用要求，光衰要求不超過15%，因此該異常的出現導致器件光強不符合企業相關標準要求（圖1）。

圖1 A廠家故障件（下排）和正常品（上排）對比

2.1 A廠家物料材質和結構分析

A廠家該款物料為貼片結構，與常規貼片物料不同的是器件樹脂中部由透明膠狀物質進行封裝，四周使用的是常規環氧樹脂封裝。經對其中部成分測試，發現為硅膠制品。硅膠的使用通常是因為耐高溫性和可塑性較強，因此對于此款物料的高亮度要求比較適合。

通過在放大鏡下查看器件（如圖2），可以清楚看到器件內部晶圓等內部結構，器件底部焊盤為鍍銀結構，銀焊盤上有常規的晶圓與金線，同時封裝的硅膠中含有黃色熒光粉。銀焊盤的作用是為了更好地反射光，該款物料為白色光，但是常規晶圓化合物中沒有直接呈現白色光的元素，因此通過本體晶圓發出藍色光（晶圓化合物：InGaN），經過底部銀焊盤反射藍光與分布的黃色熒光粉進行中和調色，使之最終呈現出白光。

圖2 A廠家正常品結構

2.1.1 A廠家物料實驗后樣品檢查

A廠家實驗后樣品進行外觀檢查，與正常未安排實驗物料對比，物理結構無差異，無開裂、破損、樹脂變形等異常現象。外觀對比情況上查看，器件內部底部銀焊盤呈現發黑跡象，而非實驗前出現的銀色。且器件內部封裝硅膠的熒光粉也全部消失，沉積在底部銀焊盤上（如圖3）。

2.1.2 A廠家物料實驗后光衰過大分析

A廠家物料光衰過大情況主要體現在以下2點。

1）器件底部起反射作用的銀焊盤表面被黑色異物覆蓋，導致其反射能力降低；

2）封裝硅膠內部增強光強的黃色熒光粉出現沉積，導致熒光粉作用大大減弱。

2.2 A廠家與B廠家對比試驗

該款物料的B廠家（外部結構、類型完全相同）同樣抽取物料進行試驗驗證，同步將A、B兩個廠家物料放置在同一塊板上進行驗證，在溫度、環境、與試驗時間一致的情況之下進行試驗驗證，300 h后，測圖4 A廠家實驗后樣品底部銀焊盤異物EDX掃描試A、B廠家器件光強，同樣呈現出30%左右的光衰，驗證結果排除廠家生產制造問題。

圖3 A廠家實驗后樣品

實驗結束后對A、B廠家物料進行放大鏡下查看，2個廠家均出現光衰過大情況，因此排除廠家生產制造問題。

2.3 對A、B廠家失效器件分析

上訴對器件實驗后制品進行檢測時，發現器件內部起反射作用的銀焊盤表面被黑色物質覆蓋，導致器件光強偏弱。

圖4 A廠家實驗后樣品底部銀焊盤異物EDX掃描

問題一：器件底部起反射作用的銀焊盤表面被黑色異物覆蓋

取所有失效器件銀焊盤上的黑色物質進行EDX成分檢測，發現其內部元素含有硫元素，使得表面Ag被S元素給S化，形成黑色的Ag2S，導致表面反射率降低。

問題二：封裝硅膠內部增強光強的黃色熒光粉出現沉積

未安排實驗的正常器件，內部硅膠中的熒光粉存在，目的是為了增強光強，但是熒光粉出現沉積導致器件光衰過大，其主要問題點在于熒光粉為何出現的沉積。

硅膠是一種高活性吸附材料，其耐高溫、可塑性很強，因此用于高亮度的發光二極管中是一種首選材質。

強的吸附能力也有屬于它的天敵，通過對實驗過程和實驗現象的核實排查，唯一造成硅膠的吸附能力失效的，就是S元素的存在。在高溫條件下，S元素的進入密封硅膠中更加的容易，導致硅膠出現中毒現象，使得其吸附活性大大減弱。

對于以上2個問題的確認，可以確定S元素的存在造成了硅膠封裝發光二極管光衰過大的結果，但是還需要進一步排查驗證。

2.3.1 S元素的排除整改

對于貼片發光二極管做高溫實驗，使用膠布將器件粘貼在相應基板上，放入高溫箱中進行300 h/125 ℃耐久試驗。在整個過程中，S元素的出現主要有以下3個方面的影響：

1）粘貼器件的膠帶中含有S元素，在高溫烘烤下揮發出來進入；

2）裝發光二極管的平板材質中含有S元素；

3）高溫實驗箱中的其它物品和環境中含有S元素。通過對膠帶、板進行EDX成分測試發現（如圖5），膠帶的測試成分中含有0.022%的S元素，由于膠帶與器件接觸，因此S元素順應著接觸面滲入器件內部，導致器件硅膠中毒且底部銀焊盤被硫化。

圖5 底部粘貼雙面膠元素定性測試

分析總結：S元素的存在導致器件內部相關物質發生化學反應產生質變和失效，促使硅膠類樹脂封裝貼片二極管在后續的驗證與實驗中，需要對S元素的存在進行相應防范，使得器件的耐久性、耐用性以及客戶舒適性得到相應提高。

3 改效果評估及應用效果驗證

對于硅膠貼片發光二極管的整改對器件異常點進行專項排除整改，①不使用膠帶對器件進行固定；②將器件放置于不銹鋼杯中，避免接觸一切S元素；③將加熱的高溫箱內其它器件清空，并敞開放置一定的時間，讓空氣進行置換，再進行加熱（如圖6）。

圖6 改善后的實驗驗證方法

實驗結果：實驗結束后測試器件前后光強參數，其光衰率小于15%，符合相關技術圖紙要求，驗證有效。

總結：依據實驗結果表明，器件實驗前后光強變化不大，衰減度不足10%，小于標準值15%，符合相關技術管理規定，驗證有效。

4 貼片硅膠封裝發光二極管改善意義

本文結合失效現象，對硅膠封裝貼片發光二極管的使用過程中的失效原因及失效機理分析，分析結果表明該種類貼片發光二極管在追求了高亮度的同時，也存在著自身的不足之處，通過一系列的實驗對比驗證，此種情況僅僅出現在硅膠封裝器件上，對于其它非硅膠封裝廠家編碼實驗前光強數據試驗后光強數據光衰率的環氧樹脂上，不存在此種問題。同時，該項目的成立也變相的衍生到其它硅膠樹脂封裝同步需要做好對S元素的防范。

通過對該器件的分析，使得在后續貼片器件完全替代插件類發光二極管的時候起了不可缺少的作用，從器件的源頭、使用的環境對器件性能進行良好的保障。
責任編輯:tzh