LED灯珠变色的三个原因有六个

 LED产品的可靠性越来越受到制造商和用户的关注。LED灯珠作为产品的基本组成部分，其质量直接影响LED成品的可靠性。在实际应用中，由于LED灯珠故障，成品经常出现功能异常甚至完全故障。近年来，色温漂移、流明降低、照明效果差等一系列可靠性问题的案例日益增多，许多LED产品制造商和用户遭受了严重的经济损失。本文通过几个LED灯珠故障案例，分析了LED灯珠故障的根本原因。

LED灯珠变色原因1

(1)外来异物残留在封装胶中

失效灯珠的外观呈现局部变色和黑色。打开封装胶，发现封装胶中夹杂着一个黑色异物，用扫描电镜和能谱仪（SEM&EDS）分析异物的成分［5-6］，确认其主要成分为铝（Al）、碳（C）、氧（O）该元素还含有少量的杂质元素，测试结果如下图所示。结合用户反馈的故障背景，可以看出异物是在包装过程中引入的。

(2)密封胶受化学物质侵蚀，胶体变色

失效产品为玻璃光管灯，内部LED光带采用单组分室温固化硅橡胶粘结固定在玻璃管上，固定胶部分光带上的LED光珠变黄变暗。失效光珠包装胶的材料是硅橡胶。用SEM&EDS测试包装胶的元素成分，发现硫比正常光珠包装胶多（S）元素。

硫磺、有机二硫化物、多硫化物等含硫物质通常可作为硫化剂，使橡胶发生硫化交联反应，改变橡胶结构，呈现黄色、深色、热分解温度升高的现象。

通过TGA对灯珠包装胶体热分解温度的测试，可以看出失效灯珠包装胶在失重2%的情况下、5%、10%、15%和20%的温度比同批次优质封装胶失重量高25℃以上。封装胶的热分解曲线如下图所示，证实了硫化交联导致封装胶热分解温度升高的现象。利用ICPOES进一步分析固定单组分固化硅橡胶的化学成分，检测出含有约400ppm的硫（S）元素。

由此可见，LED灯珠变黄变暗的原因是玻璃灯管内单组分室温固化硅橡胶在固化过程中挥发的硫含量（S）气体侵入LED包装胶，使包装胶发生进一步的硫化交联反应，再次硫化交联导致包装胶变黄变暗。后续用户使用未使用单组分固化硅橡胶的塑料灯管，灯珠不变色。

因此，LED制造商在产品设计和制造中应考虑产品各部件使用的不同材料的匹配，避免材料不兼容造成的后续可靠性问题。

LED灯珠变色原因二

灯珠组装成LED灯后，存放在仓库时，色温漂移失效。失效LED灯珠的封装胶由橙色变为浅黄色。对其进行了I-V特性测试，发现灯珠可以正常点亮，I-V曲线正常，但亮度发生了变化。取一些失效灯珠，机械开封取出封装胶，发现支架表面有透明颗粒。使用SEM&EDS测试颗粒成分，结果显示其含有高含量的锶（Sr）元素。包装胶与支架的接触面也检测到了高含量的锶（Sr）元素和钡（Ba）元素。

相比之下，良品灯珠打开后，支架表面相对干净，表面主要成分为银（Ag）和少量的碳（C）未检测到锶的元素（Sr）元素，其封装胶与支架接触面未检测到锶（Sr）和钡（Ba）元素。通过测试失效品和良品灯珠包装胶的截面成分，我们知道两者使用的荧光粉成分相同，均为铱铝石榴石(主要成分为氧)（O）、铝（Al）和钇（Y））硅酸锶钡(主要成分为碳酸锶钡(主要成分为碳酸锶钡)（C）、氧（O）、硅（Si）、锶（Sr）、钡（Ba）和钙（Ca））混合荧光粉。

因此，LED灯珠失效的原因是使用的硅酸盐荧光粉沉降到包装胶的底部和支架表面，导致光折射规则不一致，导致色温漂移，灯珠变色。

LED灯珠变色原因三

(1)异物污染支架

失效灯珠一侧变色。打开封装胶后，可以看到变色部分支架表面覆盖着一层异物。测试异物的元素成分，显示其主要成分为锡（Sn）、铅（Pb）元素。

揭开灯珠变色部位外围的白色塑料，锡也被检测到与白色塑料接触的支架表面（Sn）、铅（Pb）成分。由于异物覆盖部分的支架与灯珠一侧的引脚相连，引脚采用锡铅焊接。显然，如果灯珠在表面安装时附着在多余的锡膏上，熔化的焊料会沿着引脚爬到连接的支架表面，形成覆盖层。

因此，本案LED灯珠失效的原因是LED灯珠组装焊接时，引脚焊接部分的焊料进入支架表面，形成覆盖物，导致灯珠变色。

(2)支架腐蚀

失效LED珠的中间部分变色变黑。打开后，放在光学显微镜下观察，发现整个支架表面明显变黑。使用SEM&EDS测试黑色支架的成分。结果表明，除了正常的材料成分外，黑色支架还具有较高的腐蚀性硫（S）元素，局部支架表面镀银层也呈现出松散的腐蚀形态。

通常LED灯珠在生产过程中，由于材料本身不纯或工艺污染等原因引入硫（S）、氯（Cl）在一定条件下（如高温、水蒸气残留等），其金属支架容易腐蚀，导致灯珠变色、漏电等故障现象。

(3)支架涂层质量差

LED灯珠老化后变色发黑，失效率高达30%。

去除灯珠表面的封装胶后，发现支架表面的银涂层失去了原来的光线，呈灰色。利用SEM观察支架表面的微观形状，发现与未组装的半成品支架相比，LED失效灯珠的支架表面银层松散，孔洞较多。将半成品支架和失效LED切片，观察截面涂层质量，发现支架涂层结构为铜镀镍再镀银。与半成品相比，失效支架的镍涂层变薄，表面银层变松，镍银涂层边界变模糊。使用AES测试失效LED支架的浅表面成分，发现会有镍（Ni）元素，测试结果如下图所示，镍涂层显然扩散到银层表面。结果表明，LED灯珠变色的原因是支架涂层不良，老化后银层松散，镍层通过银孔扩散到银层表面，导致银层变黑，灯珠变色。

在许多LED变色失效案例中，支架变色或腐蚀引起的失效比例最高。因此，LED或支架制造商应采取一些措施来防止产品故障：

1、选用质量好、耐腐蚀的支架基材；

2、采用适当的电镀工艺条件，保证晶粒细腻、结构致密的涂层形成，涂层厚度均匀，符合保护要求；

3、对于银支架表面涂层，选择有效的银保护工艺，提高银支架的防变色能力；

4、在LED生产组装过程中，应防止引入外部污染或腐蚀性物质，确保LED包装严密，减少环境中水蒸气和氧气侵入引起各种腐蚀的可能性。