1　引　　言

　　可靠性是影響發光二極管(LED)性能的主要因素。功率型LED 失效的原因主要是發光芯片的老化和封裝材料性能的退化，結溫和電流都會加速LED 的老化。在某些條件下長期服役，大功率白光LED 表面會形成一層黑色物質，影響光的取出，并帶來產品可靠性的一系列問題。此前已發現藍光LED 有同樣的現象發生，實驗表明大功率藍光LED 芯片發出的藍光會使封裝芯片的環氧樹脂膠(已固化出現老化的現象，降解后的環氧樹脂膠內部結構發生明顯改變，大量的C-O 鍵、C=O 鍵被打開(芯片工作時產生的高溫會加速這一過程)，形成游離的C、O 原子，最后沉積在芯片和膠水之間的界面上，產生黑區。

　　目前，白光LED 的主流實現方式為藍光芯片加上黃色熒光粉，通過藍黃光的轉化得到白光。熒光層的制作是通過將YAG 熒光粉(由Y2O3、Al2O3 反應生成的復合氧化物)與AB 膠(主要為有機硅樹脂材料)混合，加入增亮劑、抗沉淀劑等，烘干后涂覆。由于大功率LED 在正常工作情況下結溫可以高達100 ℃，而熒光層的熱導率有限，致使熒光粉顆粒溫度會相應升高，甚至高于芯片上的結溫，引起波長的漂移、顏色不純等一系列問題;再加上藍光長時間照射，光熱耦合作用不可忽視，使得在芯片與熒光層界面處的情況相對復雜。有機硅樹脂相較于環氧樹脂具有熱穩定性好、耐紫外光性強和內應力小等優點，但以此作為配粉膠后，雖然白光LED 的壽命有了較大提高，但是光衰問題依然存在，而對以有機硅作為配粉膠的熒光層特性的研究相對缺乏。

　　本文著重于大功率白光LED 表面變黑現象的分析。首先通過對變黑的位置確定和成分分析，判定失效模式，進而對引發失效的因素(包括溫度和光照)進行實驗分析。

　　2　失效樣品描述與測試

　　在可靠性實驗中，通常采用加速應力的方法，快速有效評價器件性能。在早期的高溫、大電流和功率循環等一系列可靠性實驗過程中，部分樣品出現了類似的變黑現象。實驗中所使用的樣品是批量生產的，采用了相同的材料和工藝，光電參數呈現良好的均一性，襯底為SiC材料。失效情況選取以上實驗過程中的一種進行分析：5只大功率(1 W)、GaN 基白光LED串聯后加350mA 工作電流，置于散熱良好的平臺上，入溫箱，設置溫箱溫度為120 ℃。已知器件熱阻均值10 K/W，則芯片結溫為130 ℃，并未超過器件工作時極限溫度140 ℃，經過40h后，其中兩只出現變黑現象。外觀檢查發現，燈杯和灌封膠未出現黃化，光透射率良好，燈杯灌封邊緣膠體呈現熔融跡象，且在靠近電極一側有燒蝕現象，甚至出現小洞，可見密封性變差。去除燈杯與灌封膠后，對失效樣品表面進行光學照相，如圖1所示。用萬用表檢查時發現，未被黑色物質覆蓋的邊緣區域仍可以發光。

　　在實驗結束后分別對變黑與未變黑的樣品進行分析測試，采用半導體特性分析儀Agilent4155C 分析電流電壓(I-V)特性，浙江大學三色的光學測試系統測試光功率;對樣品進行剖面切割制樣，分別使用掃描電鏡SEM(JEOLJSM 6500F)和X 射線能譜分析儀(7000XEDS)觀察形貌和組分分析，確定失效樣品的變黑位置和組成。

圖1 變黑LED 芯片表面的光學照片