LED灯珠是发光二极管，是将电能转换为光能的半导体固体发光设备，其核心是PN结，除了具有一般PN结的正向导通、反向截止和破坏特性外，还具有发光特性。图1是某公司生产的3528型白光LED灯泡的代表性外观图，其结构主要包括引线、支架、封装胶、键线、LED芯片、固体胶和荧光粉。LED灯珠变色失效与其材质、结构、封装工艺和使用条件密切相关，下面就通过具体案例来分析其变色原因。 图1LED灯珠（3528）代表外观图。 密封剂的原因。 1封装胶中残留外来异物。 失效灯珠的外观局部变色变黑，如图2所示。打开封装剂，发现黑色异物夹在封装剂中，用扫描镜和能谱(SEM&EDS)分析异物，确认其主要成分为铝(Al)、碳(C)、氧(O)元素，含有少量杂质元素，测试结果如图3所示。根据用户反馈的故障背景，该异物在包装过程中引进。 图2变色LED外观。 A光学图片。 bEDS能源地图。 图3封装胶异物成分。 2封装橡胶受化学物质侵蚀，胶体变色。 故障品为玻璃灯，内部LED灯使用单组室温固化硅橡胶粘接固定在玻璃管上，固化部灯的LED灯泡变黄变暗。失效灯珠封装胶的材质是硅橡胶使用SEM&EDS测试封装胶的要素成分，比正常灯珠封装胶的要素多检测硫(S)要素，测试结果如图4所示。 通常，硫、有机二硫、多硫等含硫物可作为硫化剂，使橡胶产生硫化交联反应，改变橡胶的结构，颜色变黄变暗，热分解温度上升。TGA测试灯泡封装胶体的热分解温度，失效灯泡封装胶体失重2%、5%、10%、15%、20%时的温度比同一批次良品封装胶体失重的温度高25℃以上，封装胶体的热分解曲线如图5所示使用ICPOES进一步对发挥固定作用的单组固化硅橡胶，检测出含有约400ppm的硫(S)要素。 图4包装成分(EDS图) A失效品。 b良品。 图5封装胶热分解曲线（TGA谱图） 由此可见，LED灯珠变黄变暗的原因是玻璃灯管内粘结固定用单组分室温固化硅橡胶在固化过程中挥发的含硫(S)气体侵入LED包装橡胶，使包装橡胶产生进一步的硫化交联反应，再次硫化交联使包装橡胶变黄变暗。后续用户使用未使用单组分固化硅橡胶的塑料灯，灯珠不变色。因此，LED制造商在选择产品设计材料和制造时，应考虑产品各部件使用的不同材料之间的一致性，避免材料不兼容引起的可靠性问题。 荧光粉沉降。 灯珠组装成LED灯具后，在仓库保管时，发生色温漂移故障，故障LED灯珠的封装胶从橙色变成浅黄色，进行I-V特性测试，发现灯珠正常亮，I-V曲线正常，光亮度发生变化。取出故障灯珠，用机械开封方式取出封装橡胶，发现支架表面残留透明粒子，使用SEM&EDS测试粒子成分，结果显示含有高含量的r(Sr)要素，如图6所示，封装橡胶和支架的接触面也检测出高含量的(Sr)要素和钡(Ba)要素，如图7所示。 相比之下，良品灯珠开封后，支架表面清洁，表面主要成分为银(Ag)和少量碳(C)元素，未检测出r(Sr)元素，其封装胶与支架的接触面也未检测出r(Sr)和钡(Ba)元素。通过测试故障产品和良品灯珠封装胶的截面成分，我们可以看出，两者使用的荧光粉成分相同，都是Y铝榴石(主要成分为氧(Sr)、铝(Al)和Y(Y)和硅酸钡(主要成分为碳(C)、氧(O)、硅(Si)、Sr)、钡(Ba)和钙(Ca)混合荧光粉。 图6支架表面颗粒物成分(SEM&EDS图) aSEM图片。 bEDS地图。 图7封装胶与支架接触面成分。 因此，LED灯泡故障的原因是使用的硅酸盐荧光粉沉降到封装橡胶的底部和支架的表层，光光折射规则不一致而分散，在色温漂移的同时，灯泡变色。 支架的原因。 1异物污染支架。 失效灯珠侧变色，打开封装胶后，可以看到变色部分的支架表面复盖异物，测试异物的要素成分，显示其主要要成分为锡(Sn)、铅(Pb)要素，测定结果如图8所示。揭开灯珠变色部位周围的白色塑料，在与白色塑料接触的支架表面也检测出锡(Sn)、铅(Pb)成分。异物复盖部的支架与灯珠侧的引脚连接，引脚用锡铅焊接。 很明显，如果灯珠在表面安装时，脚上附着多馀的奶油，焊接时熔化的奶油会沿着脚爬到连接的支架表面，形成复盖层。因此，该案例中发光二极管灯泡故障的原因是发光二极管灯泡在组装和焊接时，引脚焊接部件的焊接进入支架表面，形成覆盖，从而导致灯泡变色。 a光学照片。 bEDS地图。 图8支架复盖物的成分。 2支架腐蚀。 失效LED灯珠中间部位变色发黑，开封后放置在光学显微镜下观察，发现整个支座表面明显变黑，采用SEM&EDS测试发黑支座成分，结果显示，除正常材质成分外，发黑支座还具有较高含量的腐蚀性硫(S)元素，支座表面镀银层局部也呈现出松散的腐蚀形象，如图9所示。通常，LED灯泡在生产过程中，由于材料本身不纯或工艺污染等原因引入硫(S)、氯(Cl)等腐蚀性要素时，在一定条件下(高温、水蒸气残留等)，其金属支架容易腐蚀，灯泡变色、漏电等故障。 aSEM图片。 bEDS地图。 图9支架腐蚀部分成分。 3支架镀层质量差。 LED灯泡点亮老化后变色变黑，故障率达到30%。清除灯珠表面的封装胶后，发现支架表层的银镀层失去了原来的光泽，呈现出灰色。使用SEM观察支架表层的微观形状，与未组装的半成品支架相比，LED故障灯珠的支架表面银层松弛，有很多孔，如图11a所示。 将半成品支座与失效LED灯珠做成切片，观察其截面镀层质量，发现支座镀层结构为铜镀镍再镀银，与半成品相比，失效品支座镍镀层变薄，表层银层疏松，而且镍镀层的边界变得模糊，样品支座截面形象如图10所示。使用AES测试故障LED支架的浅表层成分，发现其中有镍(Ni)要素，测试结果如图11b所示，显然镍镀层扩散到银层表面。 由此可见，LED灯泡变色的原因是使用的支架镀层不良，老化后银层松弛，镍层通过银层孔扩散到银层表面，银层变黑，灯泡变色。 A失效品。 b半成品。 aSEM图片。 bAES地图。 图11失效品支架表面成分。 在许多LED灯泡变色故障案例中，支架变色或腐蚀故障所占的比例最高。因此，LED灯管灯珠或支架制造商应采取一些措施来防止产品故障。例如，采用选择质量好、耐腐蚀架基材适当的电镀技术条件，保证晶粒细腻、结构致密。
