LED硫化失效分析與可靠性研究

　　當(dāng)確定硫元素入侵路徑后，我們?cè)龠M(jìn)一步追蹤硫的源頭，發(fā)現(xiàn)在回流焊工藝前，檢測(cè)到空氣中氣體并沒(méi)有含硫物質(zhì)，但通過(guò)回流焊卻出現(xiàn)硫化現(xiàn)象，這原因何解?由于在回流焊工藝中使用錫膏，并且最終檢測(cè)到PCB焊盤(pán)與引腳處，即貼錫膏地方，含硫量頗高，不排除錫膏與PCB板中會(huì)有含硫物質(zhì)。首先對(duì)錫膏進(jìn)行物質(zhì)鑒定，分析發(fā)現(xiàn)，錫膏由錫粉與助焊劑組成。錫粉是焊膏的主要成分，它主要由錫，鉛和銀按不同比例組合。助焊劑成分較為復(fù)雜，從表3中發(fā)現(xiàn)焊劑里的活化劑成分通常含有少數(shù)鹵素或有機(jī)酸成分，它作用能迅速消除被焊金屬表面的氧化膜，降低焊料的表面張力，使焊料迅速鋪展在被焊金屬表面。而鹵素通常使用的是溴，盡管溴與硫一樣，能使銀變成黑色溴化銀，但目前溴并沒(méi)有在引腳與焊盤(pán)處被檢測(cè)到，而我們需要查找的硫也沒(méi)有在焊劑成分里，因此判斷錫膏含硫的幾率很低。

　　排除了錫膏，再?gòu)腜CB板進(jìn)行EDS元素鑒定，我們從用戶(hù)端的PCB板檢測(cè)銅箔(外層白油去掉)和焊盤(pán)區(qū)，從表4發(fā)現(xiàn)與白油層接觸部分，含硫非常高，高達(dá)2.73%，焊盤(pán)區(qū)更高達(dá)3.55%，由此表明，PCB板里的確殘留硫物質(zhì)。

　　事實(shí)上，PCB板制造工藝中，就存在含有硫的物質(zhì)，例如在電鍍銅工藝中，所使用的鍍液一般由硫酸銅CuSO4，硫酸H2SO4，鹽酸HCL和有機(jī)添加劑等組成。硫酸銅目的在于提供銅離子，而硫酸是為了提供高鍍液導(dǎo)電性能。另外，硫酸溶液也用于酸洗工藝，其目的是除去板面氧化物，活化板面。而在印刷防焊白油層中，習(xí)慣使用化學(xué)微蝕法進(jìn)行前處理工藝，通常加入過(guò)硫酸鈉Na2S2O8和過(guò)硫酸銨(NH4)2S2O8溶液，目的使印刷電路板銅表面溶解而產(chǎn)生粗糙面，使銅面留下40～60μm的適度粗糙度，以便增加白油層接觸面積，提高防焊層密著性。以上這些含硫物質(zhì)溶液，會(huì)與其它一些添加劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致在PCB板上殘留出硫元素，例如在焊盤(pán)區(qū)域與白油層接觸的銅箔位置，這些硫元素在高溫回流焊時(shí)候會(huì)變成硫蒸汽或二氧化硫氣體，從而侵襲到LED器件各部位，并且通過(guò)膠面入侵到支架功能區(qū)，最后與銀層發(fā)生硫化反應(yīng)。

　　三、硫化反應(yīng)可靠性測(cè)試

　　硫化的可靠性測(cè)試主要是針對(duì)硅膠的氣密性評(píng)估，模擬硫元素在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)硅膠界面入侵到支架功能區(qū)與銀層發(fā)生反應(yīng)，但目前并沒(méi)有完善的參考標(biāo)準(zhǔn)，只能通過(guò)發(fā)生硫化反應(yīng)后出現(xiàn)膠面黑化的惡劣程度評(píng)估，表5列舉了常用兩種硫化反應(yīng)可靠性測(cè)試方法。

　　通過(guò)用硫磺粉末方法做的可靠性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，低折射率(1.43)的含甲基類(lèi)硅膠，透水透氣性較強(qiáng);在六小時(shí)后就出現(xiàn)黑化現(xiàn)象，而折射率較高(1.5以上)的含苯基類(lèi)改性硅樹(shù)脂在十二小時(shí)后才出現(xiàn)黑化現(xiàn)象。硅膠氣密性主要由其內(nèi)在官能基團(tuán)結(jié)構(gòu)決定，含甲基類(lèi)的硅膠，分子鏈呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)活化能低，內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易，基團(tuán)有較大自由空間，從而導(dǎo)致分子間隙增大，氣密性差。相反，含苯基類(lèi)改性硅樹(shù)脂，內(nèi)部呈環(huán)狀共軛雙鍵，分子間極性較高而互相吸引，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘增大，導(dǎo)致難以?xún)?nèi)旋轉(zhuǎn)，最終分子間隙減少，氣密性好，抗硫化能力強(qiáng)。

　　四、防硫化失效措施

　　從硫化失效分析過(guò)程和可靠性測(cè)試，總結(jié)一些防硫化措施：

　　1.LED應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)減少或替代含硫物質(zhì)材料，例如橡膠制品、硫磺皂等。避免與含硫或氧化物質(zhì)存放于同一空間環(huán)境。

　　2.選用有質(zhì)量保證的PCB板材，焊料，及其它配套輔料，避免含硫物質(zhì)殘留PCB板上。