led灯珠可以变色吗_led灯珠变色是怎么控制的

LED即发光二极管是将电能转换为光能的半导体固体发光元件，其核心是PN结，除了一般PN结的正向导通、反向截止以及破坏特性之外，还在一定条件下具有发光特性。图1是一家公司生产的3528型白光LED珠的代表性外观图，其结构主要包括以下部分：引线、支架、封装胶、结合线、LED芯片、固晶胶、荧光体。LED串珠的变色失效与该材料、结构、包装过程以及使用条件密切相关，以下，根据具体的例子分析其变色原因。

封装胶原因

1封装胶中残留的异物

失效的珠子的外观局部变色变黑。取下封装胶后，封装胶内混入黑色异物，使用扫描电子显微镜及能谱仪SEMamp。EDS）进行异物的成分分析，确认主要成分是铝（Al）、碳（C）、氧（O）元素，还含有少量杂质元素，试验结果如图3所示。结合用户反馈失效的背景，发现这种异物是在封装过程中引入的。

变色LED的外观

a光学照片

b EDS能量谱

图3封装胶异物成分

2封装胶由于化学物质的侵蚀而导致的胶体变色

失效品是玻璃光管灯，内部的LED灯带用单组份室温固化硅橡胶粘接在玻璃管上，粘合部位灯带的LED灯珠变黄变暗。失效珠封装胶的材质是硅橡胶、使用SEMamp。EDS试验封装胶的元素成分发现，硫（S）元素比普通的珠封装胶成分多，试验结果如图4表示。

通常硫磺，有机二硫化物和多硫化物等硫含量物质作为硫化剂使橡胶硫化交联反应，使橡胶的结构发生变化，颜色变黄变暗，呈现热分解温度上升的现象。TGA灯珠封装胶试验了身体的热解温度，发现失效灯珠封装胶的重量损失2%、5%、10%、15%、20%的温度均比同批次良品封装胶的重量损失相同的温度高25°C以上，如封装胶热分解曲线如图5所示，封装胶确认了硫化桥引起的热解温度上升现象。此外，使用ICPOES对具有固定作用的单组分硬化硅橡胶的化学成分进行分析，检测出硫（S）元素约400ppm。

a过期品

良品

封装胶热分解曲线TGA光谱

由此，LED灯珠变黄变暗的原因是玻璃灯管内粘结固定用的单组份室温固化硅橡胶硬化中挥发的含有硫磺的（S）气体侵入LED封装胶中，使封装胶进一步加硫化交桥反应，通过再加硫化交桥封装胶身体变黄变暗。之后，若用户变更为不使用单分量硬化硅橡胶的塑料灯管，则不观察到灯珠的变色。因此，LED生产者在产品设计选材和制造时，必须考虑用于产品各部件的不同材料之间的一致性，避免材料不兼容导致的后续可靠性问题。

磷光体沉降

将灯珠组装成LED灯后，储存于仓库后，色温漂移失效，失效LED灯珠的封装胶由橙色变为浅黄色，进行I-V特性测试，灯珠正常点亮，I-V曲线正常，发光亮度仅发生变化。取几个失效的珠子，用机器开封方式取出封装胶，发现支架表面残留有透明的粒子状物质，并使用SEMamp。EDS试验了颗粒物成分的结果表明，高含量锶Sr元素，如如图6所示，高含量含有锶Sr元素。另一方面，封装胶从与支架的接触面也检测出高含量的锶Sr元素和钡Ba元素，并在如图7中表示。

与此相对，良品珠在开封后，支架表面清洁，表面主要成分是银（Ag）和少量碳（C）元素，没有检测到锶Sr元素，在其封装胶和支架的接触面也没有检测到锶Sr和锶Ba元素。对失效品和良品珠封装胶的断面成分进行测试后，两者所使用的荧光体的成分相同，均为钇铝石榴石（主要成分是氧（O）、铝（Al）、钇（Y））和硅酸锶钡（主要成分是碳（C）、氧（O）、硅Si、锶Sr发现是将钡Ba和钙（Ca）混合后的荧光体。

支架表面颗粒物成分（（SEMamp；EDS光谱）

a SEM照片

b EDS光谱

封装胶与支架的接触面成分

因此，LED珠的失效原因是所使用的硅酸盐荧光体沉降到封装胶底部和支架表层，由于光折变规律的不一致而产生分散现象，色温漂移，同时产生珠变色现象。

支持的理由

1异物污染支架

失效的珠子侧变色，剥下封装胶后发现变色部位的支架表面被异物覆盖，对异物进行元素成分试验，表示主要成分是锡（Sn）、铅（pb）元素，测量结果如图8所示。剥掉焊缝变色部周边的白色塑料，在与白色塑料接触的支架表面也检测出锡（Sn）、铅（pb）成分。异物覆盖部的支架连接在珠头侧的销上，因此针采用了铅焊。

当灯珠表面粘贴时，如果销上附着多余的锡胶，焊接时熔融的焊接材料就会上升到沿销连接的支架表面，形成覆盖层。因此，在该例子中LED串珠失效的原因是led灯珠组装焊接时引脚焊接部的焊料进入支架表面，形成被覆物，串珠变色。

a光学照射

b EDS谱图

支架盖成分

2支架腐蚀

失效LED灯珠的中间部分变色变黑，开封后在光学显微镜下观察，支架整体表面明显变黑，使用SEMamp。EDS试验了黑支架的成分后，除了通常的材质成分外，黑支架中有腐蚀性硫（S）元素，支架表面的镀银层呈现局部缓慢的腐蚀形态，如如图9所示。通常LED灯珠在制造过程中，如果由于材料自身的杂质或过程污染等原因引入了硫（S）、氯（Cl）等腐蚀性元素，则在一定条件（例如高温、水蒸气残留等）下，其金属座容易腐蚀，产生灯珠变色、漏电等失效现象。

a SEM照片

b EDS光谱

支架腐蚀部位成分

3支架镀金质量差

LED灯珠点亮劣化后变色变黑，达到30%的失效率。去除珠子表面的封装胶后，发现支架表层的镀银层失去了传统的光，呈现灰色。使用SEM观察支架表层的细微形态，发现LED失效的珠的支架表面的银层与未安装的半成品支架相比较为缓慢，如图11a所示的孔较多。

将半成品支架和失效LED切片观察断面镀层质量，支架镀层结构为镀铜镍再镀银，与半成品相比，失效品支架镀镍层变薄，表层银层变缓，镍银镀层界限变为糊剂样品支架截面形式如图10所示。AES试验失效LED使用支架的浅表层成分，判明存在镍Ni元素，试验结果如图11b所示，镀镍层扩散到银层表面。

由此，LED串珠变色的原因是，所使用的支架镀层不良，老化后银层松动产生孔，镍层通过银层孔扩散到银层表面，银层变黑，串珠变色。

a过期品

半成品

支架截面形态SEM照片）

a SEM照片

bAES光谱

失效品支架表面成分

在许多LED变色失效例中，支架变色或腐蚀导致的失效比例最高。因此，LED或支架生产者必须采取一些措施来预防产品失效。例如，选择品质良好、耐腐蚀的支架基材。采用适当的电镀技术条件，保证形成细粒、结构致密的电镀层，镀层厚度均匀，达到防护要求。表层镀层对银支架选择有效的银保护技术，提高银支架防变色能力。LED在生产组装过程中，应防止外来污染和腐蚀性物质的导入，确保LED包装严密，减少因环境中的水蒸气和氧气等的侵入而产生的各种腐蚀的可能性。

以上，封装胶分析了由于荧光体和支架部件的异常引起的LED串珠变色失效的原因和机理，为了预防这些失效现象的发生，LED生产者在材料选择和制造过程中采取有效措施，LED为了进一步提高产品的可靠性最好向业界提供参考和指导方针。