引（yǐn）言（yán）

    隨著LED器件製造技術的不斷完善，其發光效率、亮度和（hé）功（gōng）率都有了大（dà）幅度提高。然而LED的光電轉換效率依然隻有20%左右，其餘的電能則轉換成熱能造成組件溫度提高，發光（guāng）效率降（jiàng）低。而封裝材料作為組件的一部（bù）分對高溫更加敏（mǐn）感，因此，由封裝材料（liào）引起的失效是影響整個LED模組壽命的主要原因之-一。
    本文針對常見的矽膠和熒光粉為封裝材料的LED模組，選取具有代表性的樣品在高溫條件下進行老化（huà）試驗（yàn），其（qí）目的在於分析封裝材料的（de）失效行為，找到其失效原理。通過在線測量樣品的光照度，獲取在高溫條件下（xià）封裝材料的失效規律對LED樣品可靠性的影響。

    1、試驗

    LED作為一種典型的高（gāo）可靠性電子產品，在室溫下的使用壽命可能長達數年，如果在常規條件下進行（háng）試驗，周期過長，成本較高。而（ér）根據阿倫尼斯模型（xíng），隨著溫度升高，LED模組的壽命（mìng）會隨之（zhī）降低。所（suǒ）以可以通過提高（gāo）環境溫度來達（dá）到加速LED模組失效的目的。根據（jù）本試驗中選取的LED樣品的相關性能參數（shù）和前期試驗的結果，選取125℃作為實驗的環境溫度（dù）進行恒定溫度的（de） 高溫（wēn）老化試驗。LED發（fā）生（shēng）失效的主要表現形式包（bāo）括:光照度衰減30%出（chū）現閃爍和死燈(即完全熄滅)。因此要探求LED模組（zǔ）在高溫條件下的失效行為，必須掌握LED光照度隨時間變化的規律。傳統離（lí）線測試方式需要取出樣品進行測試，試驗必須中斷，對數據的精度有較大影響。故本文采取在線測量方式，實時監測光照度隨時間的變化。
    1.1試驗（yàn）流程

    試驗流程如圖1所示，將樣品放置在試驗箱中進行加電試驗（yàn），其照度信號通過光纖傳輸給照度（dù）計，照度計將光信號轉換成電信號傳（chuán）遞給（gěi）采集設（shè）備，采集的數據在電腦中通過采樣軟件搜集。此係（xì）統能（néng）在不中斷試驗的情況下實時檢測模組光（guāng）照度的變化，因此試驗數據的精度相比中斷測試方式要高。

    采集設（shè）備包括全數字多（duō）通道照度計及（jí）配套軟件、光纖、光纖夾具。供（gòng）電設備是恒流源，為LED樣品（pǐn）提供350mA的電流。高溫老化試驗箱使用的是（shì）高低（dī）溫循環試驗箱（xiāng），控（kòng）製（zhì）溫度在125℃。
    1.2  試驗樣品

    試（shì）驗樣（yàng）品有四種，其外觀如圖2所示，從（cóng）左至右依次為:藍光純芯（xīn）片樣品(下稱（chēng）純芯片樣品)，藍光芯片加矽膠樣品(下稱矽（guī）膠樣（yàng）品)，白光有熒光粉加矽膠樣品(下稱熒光粉矽（guī）膠樣品)， 白光有熒光粉樣（yàng）品，(下稱熒光粉樣品)。這（zhè）些樣品都是以藍寶石為襯底（dǐ），使用矽膠（jiāo）或熒光粉封裝在（zài）導電（diàn）基板上完成的（de）L ED模組。

    2、結果與（yǔ）討論

    2.1 光照度監測

    在試驗過程中樣品沒有出現（xiàn）閃爍和死燈的現（xiàn）象，所以當LED樣品的（de）光照度（dù）衰減30%以上就可認為其失效。在125℃條（tiáo）件下對四種試驗樣品同時進行試驗，每一種樣品都選取了5個樣本。對（duì）每-一種樣（yàng）品的5個樣本的光照度進行平均後再進行歸一（yī）化處理，其值如圖3所示。從圖中可以看到:在試驗進行了大約120h後純芯片樣品的光照度衰減了8%左右，而其餘三種樣品光照度的（de）衰減（jiǎn）量都超過了3 0%。根據判斷LED失效的準則，矽膠樣品、熒光粉（fěn）矽膠樣品及熒光粉樣品（pǐn）發（fā）生了失效。

    2.2外觀變化
    試驗完成後對樣本進行外（wài）觀觀測，試驗後樣品的外觀如圖4所示。
    從圖中可（kě）以觀察到四種樣品出現了不同的外觀變（biàn）化:純（chún）芯片樣品變化不太明顯，隻是外層的環氧樹脂（zhī）透鏡發生了少許變形;矽膠樣品中間出現了明（míng）顯的碳化還（hái）出現了氣泡;熒光粉矽膠樣品中間出現了明顯的氣泡和一些不明顯（xiǎn）的（de）碳化;熒光粉樣品的環氧樹脂透鏡發生了明顯的變形。
    2.3結果分（fèn）析
    在試驗前，使用的試驗（yàn）樣品經檢查沒有（yǒu）碳（tàn）化和氣泡，芯片和透鏡之間幹淨、無異物。在125 ℃的條件下（xià）進行（háng）高（gāo）溫老化試驗（yàn）後，在有矽膠的樣品中（zhōng）出現了碳（tàn）化和氣泡，無矽膠（jiāo）樣品的環氧樹脂透鏡發生了變形，沒有使用矽（guī）膠和熒光粉（fěn）的（de）純芯片樣品的變化小，光衰減也小，經過了120 h的老化試驗，光衰減也不到10%， 根（gēn）據失效判斷準則，此種樣品（pǐn）尚未發生失效。單獨使用矽膠的矽膠樣品與單獨使用熒光粉的（de）熒光粉樣品在試驗進（jìn）行大約36h後發生失效，不同在於:發生失效前，矽膠樣（yàng）品的（de）光照度衰（shuāi）減速率低於（yú）熒光粉樣品的（de）光照度衰（shuāi）減速率（lǜ）;而發生失效後，矽膠樣品的光照度衰減速（sù）率明顯加快，使試（shì）驗進行120h後矽膠（jiāo）樣品的光照度衰減量（liàng）遠高於熒光（guāng）粉樣品光照度的衰（shuāi）減量。同時使（shǐ）用矽膠和熒（yíng）光粉的熒光粉矽膠樣品在大約12h後發生失效，在試驗進行120h後光照度衰減（jiǎn）量達到了90%。綜上，可（kě）以得出以下結論:
    ①純芯片樣品壽命長。可能的原因是:芯片樣品以（yǐ）藍寶石襯底（dǐ）而沒有填充矽膠和熒光（guāng）粉，即芯片樣品中除環（huán）氧樹脂透鏡外沒有填充任何封裝材（cái）料。所以在相同的試驗（yàn）時間和溫度條件下（xià），填充了（le）封裝材料的矽膠樣品（pǐn）、熒光粉樣品和熒光粉矽膠樣（yàng）品都發生了失效，而（ér）芯片樣（yàng）品的光照度雖然有所衰減但都沒有（yǒu）達到30%。
    ②矽膠和熒（yíng）光粉會導致（zhì）模組光照度加速衰減。矽膠在高溫（wēn）條件（jiàn）下會發生碳化（huà）進而產生氣體，所以（yǐ）在試驗（yàn）後的樣品中可（kě）以看到明顯的氣泡。而在藍光樣品中可以看到明顯的碳化，是因為藍寶石襯底（dǐ）在芯片的下麵（miàn）將整個芯片（piàn）裸露出來，使碳化現象可以直接被觀察到。但是白光樣品中，在芯片外層還塗敷（fū）了熒光粉，熒光粉本身的顏色遮擋住碳化現象，所以在（zài）白光樣品中可以觀察到明顯的氣泡和不明顯的碳化。而對於熒光粉，塗覆的熒光粉（fěn）可能阻（zǔ）礙了LED樣品的散熱，導致（zhì）LED樣品溫度升高造成光照度衰減（jiǎn）。所以，熒光粉（fěn）樣品的光（guāng）照度（dù）衰減量遠大（dà）於（yú）芯片樣品的光照度衰減量。
    ③在125°℃時環氧（yǎng）樹脂受熱膨脹（zhàng），當試驗停止冷卻到室溫取出樣品時環氧樹（shù）脂又因為溫度的下降而（ér）收縮，這就使得取出的樣品上透鏡（jìng）都發生了變形。透鏡變形將導致通光量的降低，但這個（gè）原（yuán）因不會引起致命的光衰減。

    3、結論

    常用封裝材料(如矽膠和熒光粉)對LED模組可靠性具有重要影響，為研究封裝材料的（de）影響規律，選取125℃作為環境溫度，采用（yòng）在線測量的方式，使用（yòng）高（gāo）溫試驗箱（xiāng）同時（shí）對四種不同的樣品進行恒（héng）定（dìng）溫度的 老化試驗。結果表明:在125 ℃的條件下，沒有使用矽膠和熒光粉的LED模組的壽（shòu）命長，具有很高的可靠性;而矽膠的碳化以及隨之產生的氣體、阻礙散（sàn）熱的熒光粉都會使光照（zhào）度加速衰減，如果同時使用矽膠及熒光粉會使光照度（dù）迅速衰減導致模組失（shī）效。