每日一個知識點！認識硫化腐蝕對PCBA的危害及改善建議

因封裝制程缺陷、外界使用環境等因素影響，常導致LED出現硫化反應，表現為產品功能區黑化，光通量逐漸下降，色溫出現明顯漂移。LED的硫化現象在初期難以察覺發現，在經過一段時間后，重要材料遭到徹底破壞，最終導致產品完全失效。

本文以PCBA板上的LED硫化腐蝕失效為例，通過開封檢查、顯微分析、切片分析、硫化試驗等測試方法，分析其失效原因與機理，并提出預防措施。

測試分析

1 外觀檢查

針對PCBA和LED裸燈珠進行光學檢查，檢查結果顯示：LED裸燈珠封裝膠體清澈透明，固晶銀膠、晶元、綁定線結構清晰；PCBA上的LED燈珠封裝膠體清澈透明，固晶膠、晶元無法有效辨識，呈現黑色。

外觀檢查確認光衰LED燈珠內部明顯發生黑化，該變化會導致反光效果下降，燈珠出光效率降低。

2 機械開封+顯微分析

為了真實呈現LED燈珠內部的形貌和成分，采用機械開封的方式將LED燈珠解剖。

從圖中可以看到，光衰LED燈珠內部焊盤區明顯發黑（紅色虛線標注），燈珠白色塑膠覆蓋處的金屬支架表面呈現金屬光澤，未明顯發黑；LED裸燈珠內部焊盤、固晶銀膠、金屬支架均呈現出正常光澤，無黑化現象。

圖1. 光衰LED燈珠機械開封后光學照片

圖2顯示固晶銀膠呈現異常粉末狀，成分測試探測到高含量的硫元素；焊盤區表面為粗糙的結晶形貌，非正常電鍍銀形貌，成分測試同樣探測到高含量的硫元素，同時還有少量鎳元素和銅元素，這意味著銀鍍層底下的鎳、銅元素已經擴散至表層，說明硫腐蝕程度極為嚴重；C區域為被白色膠體覆蓋的金屬支架，金屬支架銀層表面光滑，無明顯腐蝕形貌，成分測試未發現硫元素。

圖2. 光衰LED燈珠機械開封形貌及EDS譜圖（支架側）

圖3是封裝膠體側的形貌圖，LED燈珠內部焊盤區呈現出典型的腐蝕形貌，同樣探測到高含量的硫元素；E區域與C區域相對應，膠體表面光滑，無銀元素殘留，未探測到腐蝕元素。

圖3. 光衰LED燈珠機械開封形貌及EDS譜圖（封裝膠體側）

圖4是LED裸燈珠的內部形貌，銀鍍層表面光滑，燈珠封裝材料未探測到腐蝕硫元素。

圖4. LED裸燈珠機械開封形貌及EDS譜圖

光衰LED燈珠機械開封顯微分析結果表明：固晶銀膠、焊盤區表面均發生極為嚴重的硫化腐蝕，但被白色塑膠覆蓋的金屬支架表面則無腐蝕現象，說明硫元素的進入路徑不是金屬支架與白色塑膠的的界面，即燈珠硫化腐蝕與LED支架本身密封性無關。

3 剖面制樣+顯微分析

取光衰LED燈珠和LED裸燈珠進行剖面切片。光衰LED燈珠固晶膠、焊盤銀層表面發黑嚴重，固晶銀膠內部無發黑現象（紅色虛線標注）；LED裸燈珠固晶膠、焊盤銀層表面呈現銀色金屬光澤。

圖5. LED燈珠剖面光學照片

光衰LED燈珠的剖面結構如圖所示，其中①固晶銀膠表面嚴重硫化，但銀膠內部無硫化現象，且固晶膠底部的銀層完整；②金屬支架與白色塑膠結合良好，界面無分層現象，白素塑膠覆蓋的金屬支架表面銀層無明顯腐蝕；③固晶銀膠邊緣銀層腐蝕殆盡。

圖6. 光衰LED燈珠剖面形貌及EDS譜圖

4 硫化試驗

對LED裸燈珠進行防硫性能測試，試驗后，LED裸燈珠內部銀膠和焊盤明顯發黑，說明封裝膠體無法阻止含硫氣體的進入。

圖7. 硫化試驗示意圖

圖8. 硫化試驗前后比對

5 分析

光衰LED燈珠光學檢查確認固晶銀膠、焊盤表面明顯發黑，黑化會導致LED燈珠出光效率降低。

將光衰LED燈珠機械剝離，固晶銀膠和焊盤表面確認發生硫化腐蝕，呈現出典型的腐蝕形貌。白色覆蓋的金屬支架表面銀層光滑完整，未發現任何腐蝕跡象。光衰LED燈珠剖面顯微分析再次證實了以上分析結果，硫化腐蝕僅發生在固晶銀膠表面和未被白色塑膠覆蓋的焊盤表面。

硫元素來自于服役環境，硫元素進入LED燈珠有兩條路徑：①通過金屬支架與白色塑膠的界面進入，也就是行業內通常所講的LED支架密封性不良；②通過封裝膠體擴散進入。從本案分析結果可知，腐蝕硫元素必然是通過封裝膠體進入燈珠內部。LED燈珠封裝膠體為硅膠，硅膠分子鏈間距較大，防止腐蝕氣體進入的性能較差。

硫化試驗證實，在含硫氣體條件下，該款LED燈珠極易發生硫化失效。

結論

總結：

導致LED燈珠發生光衰的直接原因是：LED內部發生嚴重的硫化腐蝕。含硫腐蝕性氣體來源于外界服役環境，通過封裝膠體擴散進入燈珠內部，造成固晶銀膠和焊盤表面發生硫化腐蝕。

建議：

1. 查找確認含硫腐蝕氣體的發生源，從根源上杜絕硫化腐蝕的發生；

2. 更換封裝膠體，選取致密性較高的膠體，例如市面上防硫化膠水。

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