LED熒光粉在封裝端的可靠性驗(yàn)證

　　隨著貼片式白光LED（主要原物料如下圖一）的廣泛使用，熒光粉已成為不可或缺的一部分；大量廠商已經(jīng)嗅到這個(gè)商機(jī)（貼片式白光LED封裝成本結(jié)構(gòu)如下圖二，該信息出自韓國 Displaybank）并開始往熒光粉生產(chǎn)方面發(fā)展，導(dǎo)致市場(chǎng)上的熒光粉品牌層出不窮。

　　LED熒光粉亦可稱為稀土熒光粉。因?yàn)橄⊥猎卦泳哂胸S富的電子能級(jí)，稀土元素原子的電子構(gòu)型中存在4f軌道，為多種能級(jí)躍遷創(chuàng)造了條件，從而獲得多種發(fā)光性能（如下圖三）：

　　LED熒光粉按制備方法大致可分為：高溫固相法、燃燒合成法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、水熱合成法、化學(xué)共沉淀法；其中大部分熒光粉廠商主要使用固相反應(yīng)法來制備熒光粉（各制備方法優(yōu)缺點(diǎn)大致如下表）。

　　熒光粉按成分大致可分為：鋁酸鹽熒光粉、硅酸鹽熒光粉、氮化物（或氮氧化物）熒光粉、硫化物熒光粉，其中鋁酸鹽熒光粉、硅酸鹽熒光粉的應(yīng)用占主要部分（各成分熒光粉的激發(fā)效率大致如下表）。

　　一般情況下，熒光粉的評(píng)估項(xiàng)目包括效率評(píng)估、色度評(píng)估、可靠性評(píng)估以及其它相關(guān)參數(shù)的評(píng)估，其中大部分LED封裝廠商將效率評(píng)估，色度評(píng)估做為評(píng)估重點(diǎn)；

　　按目前市場(chǎng)狀況，由于各熒光粉廠商的制程技術(shù)能力不同，其產(chǎn)品性能也各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)然，也有部分商家為了追求暴利，在熒光粉里面添加部分有機(jī)粉末或是無機(jī)鹽（例如硫化物），以次充好。因此，熒光粉的評(píng)估重點(diǎn)已不再單單局限于熒光粉自身的效率及色度，其自身的可靠性評(píng)估也變得越來越重要了。

　　現(xiàn)階段相關(guān)行業(yè)組織在2009年11月17日出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熒光粉生產(chǎn)進(jìn)行規(guī)范（中華人民共和國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11397-2009《半導(dǎo)體發(fā)光二極管用熒光粉》），其正式執(zhí)行時(shí)間為2010年1月1日。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了半導(dǎo)體發(fā)光二極管用熒光粉相關(guān)的名詞術(shù)語及其定義，還規(guī)定了半導(dǎo)體發(fā)光二極管用鋁酸鹽和硅酸鹽熒光粉的要求、試驗(yàn)方法，檢測(cè)規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存要求。但個(gè)人認(rèn)為，此標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)更適用于熒光粉生廠商對(duì)自身產(chǎn)品的驗(yàn)證，卻不能更好的指導(dǎo) LED封裝廠對(duì)熒光粉可靠性的驗(yàn)證。

　　那各貼片式 LED封裝廠如何在眾多的熒光粉品牌之間選擇穩(wěn)定性較好的熒光粉產(chǎn)品；在此，個(gè)人提出以下四個(gè)熒光粉穩(wěn)定性驗(yàn)證方案，以供大家討論：

　　A、熒光粉的耐熱性驗(yàn)證：

　　大家可能會(huì)遇到這樣的問題，有部分終端客戶反應(yīng)我們的產(chǎn)品在經(jīng)過REFLOW之后，其色溫發(fā)行偏移；那此偏移到底是由于何種物料造成？是否與熒光粉有關(guān)？這是很難分解出各種原物料并來做分析的。

　　那我們應(yīng)該如何在前期來確定熒光粉其自身的耐熱性能呢？大家都知道，熒光粉在被封裝成SMD成品時(shí)，需要經(jīng)過150℃左右的烘烤成型，而且終端客戶使用時(shí)，SMD成品會(huì)經(jīng)過REFLOW組裝到PCB上，其回流焊最高溫度是260℃。也就是說，熒光粉在前期使用的時(shí)候，其經(jīng)受的最高溫度是 260℃。所以，我們可將耐熱實(shí)驗(yàn)的溫度設(shè)定在260℃。

　　從以上可知，我們有以下兩個(gè)驗(yàn)證方案可以選擇：

　　由于我們的終端客戶實(shí)際使用的也是馬鞍型的溫度曲線，故為能更好的模擬客戶的使用方法，使用方案二來驗(yàn)證熒光粉的耐熱性是最佳的選擇。也許在您進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)之前，您的熒光粉供應(yīng)商會(huì)對(duì)您說，熒光粉的燒結(jié)溫度在1000℃以上，所以用260℃烘烤熒光粉是沒有必要的，無論烘烤多少時(shí)間熒光粉都是不會(huì)分解的。但大家不要忘了，熒光粉制程中還有多道后處理工序（如包膜），其經(jīng)過后處理工序后的熒光粉顆粒，是否也可以承受 260℃乃至1000℃以上的烘烤而不影響產(chǎn)品的激發(fā)效率？如果該熒光粉中添加了其它物質(zhì)，那此物質(zhì)是否可以承受260℃而不分解？這就要看各家的后處理工藝如何了。

　　以下是我司采用日東八溫區(qū)無鉛回流焊（上八下八溫區(qū)）做的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，其中圖六是可靠性較好的熒光粉樣品，圖七是可靠性較差的熒光粉樣品，實(shí)驗(yàn)證明，采用這方案可以有效驗(yàn)證熒光粉可靠性。

　　B、熒光粉的耐濕性驗(yàn)證：

　　我們的終端客戶在應(yīng)用產(chǎn)品的時(shí)候，其周圍的環(huán)境是有一定濕度的，那如果我們的產(chǎn)品發(fā)生色溫偏移時(shí)，那此種情況是否是由于熒光粉自身造成？而我們應(yīng)該如何在前期就將熒光粉的耐濕性驗(yàn)證做好？

　　通常情況下，當(dāng)熒光粉與封裝膠水充分混合固化后，封裝膠水本身會(huì)起到一定的防潮隔濕作用，從而保護(hù)熒光粉不受水解。但每一款封裝膠水自身都有一定的氣密性，即水汽可以不同程度的滲透到封裝膠體內(nèi)部，與熒光粉發(fā)生相關(guān)反應(yīng)；所以其熒光粉的耐濕性性能，受封裝膠水氣密性的影響很大。現(xiàn)有封裝膠水氣密性大致如下表：

　　由于各封裝膠水氣密性不同，所以用相同款熒光粉進(jìn)行耐濕性驗(yàn)證時(shí)結(jié)果也會(huì)不同。這樣我們就無法更客觀的來驗(yàn)證熒光粉的耐濕性能；

　　為了更客觀的驗(yàn)證熒光粉（包括可能添加的物質(zhì)）的耐濕性能，我們有兩種方案來選擇。一是將熒光粉放置于中性水里浸泡，二是將熒光粉放置在高濕（90%RH）機(jī)里儲(chǔ)存。采用第一種方案驗(yàn)證時(shí)，其濕度可看成是100%RH，但此種方案對(duì)熒光粉來講比較苛刻（特別是硅酸鹽熒光粉，從目前我司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，如下圖八，幾乎所有熒光粉廠商的產(chǎn)品均無法通過此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的）；采用第二種方案驗(yàn)證時(shí)，其水是以氣態(tài)的形式與熒光粉接觸，也更接近實(shí)際產(chǎn)品失效的機(jī)理。（即使是硅酸鹽熒光粉，從目前我司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，如下圖九，發(fā)現(xiàn)一些國外熒光粉廠商的產(chǎn)品在同行業(yè)對(duì)比中，其耐濕性能較好）

　　C、熒光粉的熱穩(wěn)定性測(cè)試

　　熒光粉的耐熱性不同于熱穩(wěn)定性，耐熱性偏重于熒光粉的前期性能，相對(duì)來講是一個(gè)瞬態(tài)性驗(yàn)證；而熱穩(wěn)定性則偏重于熒光粉的后期性能，是一個(gè)相對(duì)較長期的驗(yàn)證；雖然現(xiàn)在業(yè)界有些熒光粉測(cè)試儀可測(cè)試出熒光粉樣品在不同溫度下的激發(fā)效率，但大多數(shù)測(cè)試儀只是采用對(duì)樣品粉盤底部加熱；而實(shí)際上，熒光粉測(cè)試儀在測(cè)試樣品時(shí)，是通過接收樣品粉盤表面熒光粉激發(fā)出來的光譜（原理如圖十所示）；由于熒光粉本身的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較差，如果采取只加熱粉盤底部的方式去測(cè)試熒光粉樣品，其得到的數(shù)值是很不準(zhǔn)確的。因?yàn)榭赡軝C(jī)臺(tái)設(shè)定加熱溫度為120℃，粉盤實(shí)際溫度也為120℃，但粉盤表面熒光粉則是遠(yuǎn)低于這個(gè)溫度的。

　　而相對(duì)較好的方式是采用空間加熱，即將整個(gè)粉盤放于熱空氣中，使粉盤表面的熒光粉樣品充分受熱。這種方式的測(cè)試結(jié)果就比較準(zhǔn)確。但相對(duì)的設(shè)備費(fèi)用會(huì)較昂貴。如LED封裝廠進(jìn)行此項(xiàng)驗(yàn)證，其前期設(shè)備投入成本則較高。所以較合理的驗(yàn)證方案是將熒光粉充分混合封裝膠水固化成成品后，再進(jìn)行高溫老化。（當(dāng)然，使用此方案時(shí)驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)使用信賴性較好的芯片及氣密較好，抗衰減性能較好的封裝膠水等原物料），經(jīng)過一定的老化時(shí)間再對(duì)比其衰減數(shù)據(jù)（通常情況下是老化1000HRS）。

　　D、熒光粉的抗紫外性能測(cè)試
現(xiàn)業(yè)界大部分LED都是通過藍(lán)光芯片加熒光粉組成白光，但藍(lán)光芯片本身在紫外部分存在一定的能量，其芯片波段越短，紫外部分的能量會(huì)越多，而熒光粉本身會(huì)吸收部分的紫外能量并轉(zhuǎn)化為可見光（如圖十一）。

　　 當(dāng)熒光粉吸收紫外能量的時(shí)候，其也會(huì)加速熒光粉自身的老化，特別是在熒光粉的后處理技術(shù)較差，熒光粉中添有部分有機(jī)粉末或是無機(jī)鹽（如硫化物）等物質(zhì)時(shí)，其抗紫外性能就更顯得重要了。

　　綜合以上四個(gè)方案，其各自特點(diǎn)如下表：

　　熒光粉的耐熱性、耐濕性、熱穩(wěn)定性、抗紫外性等四個(gè)性能決定了熒光粉可靠性能的好壞,只有這四個(gè)性能達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，那才能滿足白光LED的使用要求。希望大家能在眾多的熒光粉廠商中評(píng)估出最適合產(chǎn)品用的熒光粉。