LED硫化失效分析与可靠性研究

　　当确定硫元素入侵路径后，我们再进一步追踪硫的源头，发现在回流焊工艺前，检测到空气中气体并没有含硫物质，但通过回流焊却出现硫化现象，这原因何解?由于在回流焊工艺中使用锡膏，并且最终检测到PCB焊盘与引脚处，即贴锡膏地方，含硫量颇高，不排除锡膏与PCB板中会有含硫物质。首先对锡膏进行物质鉴定，分析发现，锡膏由锡粉与助焊剂组成。锡粉是焊膏的主要成分，它主要由锡，铅和银按不同比例组合。助焊剂成分较为复杂，从表3中发现焊剂里的活化剂成分通常含有少数卤素或有机酸成分，它作用能迅速消除被焊金属表面的氧化膜，降低焊料的表面张力，使焊料迅速铺展在被焊金属表面。而卤素通常使用的是溴，尽管溴与硫一样，能使银变成黑色溴化银，但目前溴并没有在引脚与焊盘处被检测到，而我们需要查找的硫也没有在焊剂成分里，因此判断锡膏含硫的几率很低。

　　排除了锡膏，再从PCB板进行EDS元素鉴定，我们从用户端的PCB板检测铜箔(外层白油去掉)和焊盘区，从表4发现与白油层接触部分，含硫非常高，高达2.73%，焊盘区更高达3.55%，由此表明，PCB板里的确残留硫物质。

　　事实上，PCB板制造工艺中，就存在含有硫的物质，例如在电镀铜工艺中，所使用的镀液一般由硫酸铜CuSO4，硫酸H2SO4，盐酸HCL和有机添加剂等组成。硫酸铜目的在于提供铜离子，而硫酸是为了提供高镀液导电性能。另外，硫酸溶液也用于酸洗工艺，其目的是除去板面氧化物，活化板面。而在印刷防焊白油层中，习惯使用化学微蚀法进行前处理工艺，通常加入过硫酸钠Na2S2O8和过硫酸铵(NH4)2S2O8溶液，目的使印刷电路板铜表面溶解而产生粗糙面，使铜面留下40～60μm的适度粗糙度，以便增加白油层接触面积，提高防焊层密著性。以上这些含硫物质溶液，会与其它一些添加剂发生反应，导致在PCB板上残留出硫元素，例如在焊盘区域与白油层接触的铜箔位置，这些硫元素在高温回流焊时候会变成硫蒸汽或二氧化硫气体，从而侵袭到LED器件各部位，并且通过胶面入侵到支架功能区，最后与银层发生硫化反应。

　　三、硫化反应可靠性测试

　　硫化的可靠性测试主要是针对硅胶的气密性评估，模拟硫元素在一定时间内通过硅胶界面入侵到支架功能区与银层发生反应，但目前并没有完善的参考标准，只能通过发生硫化反应后出现胶面黑化的恶劣程度评估，表5列举了常用两种硫化反应可靠性测试方法。

　　通过用硫磺粉末方法做的可靠性测试实验，低折射率(1.43)的含甲基类硅胶，透水透气性较强;在六小时后就出现黑化现象，而折射率较高(1.5以上)的含苯基类改性硅树脂在十二小时后才出现黑化现象。硅胶气密性主要由其内在官能基团结构决定，含甲基类的硅胶，分子链呈螺旋状结构，内旋转活化能低，内旋转容易，基团有较大自由空间，从而导致分子间隙增大，气密性差。相反，含苯基类改性硅树脂，内部呈环状共轭双键，分子间极性较高而互相吸引，内旋转位垒增大，导致难以内旋转，最终分子间隙减少，气密性好，抗硫化能力强。

　　四、防硫化失效措施

　　从硫化失效分析过程和可靠性测试，总结一些防硫化措施：

　　1.LED应用产品应减少或替代含硫物质材料，例如橡胶制品、硫磺皂等。避免与含硫或氧化物质存放于同一空间环境。

　　2.选用有质量保证的PCB板材，焊料，及其它配套辅料，避免含硫物质残留PCB板上。