LED硅膠失效解析

　　背景：客戶送檢之LED焊接后，用于封裝的有機硅樹脂開裂，客戶要求尋找開裂原因。

　　樣品：失效樣品4條，同批次正常樣品17pcs，有機硅樹脂2管。

　　分析方法：

　　開裂部位觀察 —— 有機硅樹脂參數(shù)測試 —— 模擬實驗 —— 結論

1.開裂部分觀察

　　（1）開裂部位集中于封膠中心部位，且多位于晶片焊點周圍，封膠邊緣部位無裂紋產生；

　　（2）開裂部位從封膠表面至底部都存在；

　?。?）通過切片觀察，發(fā)現(xiàn)失效與未失效LED的有機硅樹脂與散熱片的結合部位存在縫隙，此縫隙不是焊接過程造成的，而是封膠過程中造成，屬于結合不良。

失效樣品表面光學檢查

　　開裂部位觀察

2.有機硅樹脂參數(shù)測試

　　通過對有機硅樹脂性能參數(shù)的測試，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)基本符合產品規(guī)格書要求。

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　　玻璃化轉變溫度、線膨脹系數(shù)測試曲線（- 30℃至290℃，升溫速率 5℃/min）

　　3.模擬實驗

　　方法：模擬回流焊焊接溫度，對同批次未失效樣品及焊接后未失效樣品進行加熱、冷卻，觀察有機硅樹脂的開裂情況。

　　結果：

　　1.對同批次未失效樣品在260℃下加熱10s-20s后，觀察到大部分LED的有機硅樹脂開裂，裂紋形貌同焊接后失效樣品的裂紋形貌相同。

　　2.對焊接后未失效樣品在260℃下加熱20S-30S左右后，觀察LED的有機硅樹脂都基本開裂，裂紋形貌同焊接后失效樣品的裂紋形貌相同。

260℃下加熱10-30S后有機硅樹脂開裂圖片

　　4.結論

　　1）通過觀察已失效樣品的裂紋表面形貌和截面形貌，發(fā)現(xiàn)裂紋多集中于LED封膠中心部位，且晶片焊點部位裂紋最為嚴重，LED封膠四周未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。裂紋從封膠的表面至底部（與散熱片接觸處）都存在。通過觀察同批次未失效樣品有機硅樹脂封膠的截面形貌，發(fā)現(xiàn)失效樣品與同批次未失效的樣品在有機硅樹脂與散熱片之間都存在大量的縫隙，此縫隙可能是在封裝工藝過程中晶片表面存在污染物或封膠與散熱片間存在氣體不能散逸出去而造成。

　　2）通過對未使用的有機硅樹脂進行參數(shù)測試，結果顯示有機硅樹脂的參數(shù)基本上與其規(guī)格書上的參數(shù)相近。由于LED封裝中對使用的有機硅樹脂的技術參數(shù)無標準規(guī)定，故無法判斷此有機硅樹脂的參數(shù)是否合格。

　　3）通過模擬焊接溫度對LED中的有機硅樹脂進行加熱試驗，結果顯示LED中的有機硅樹脂在30s內基本都會開裂，且開裂的部位與形貌與失效樣品的開裂部位和形貌相似。

　　綜上所述，造成LED中有機硅樹脂開裂的原因可能為LED封裝后殘留在封膠中的應力不能釋放造成的，可以通過對封裝后的LED進行橫溫保存來釋放應力。同時改善封裝工藝中晶片與有機硅樹脂的結合性，減少縫隙的產生，使焊接過程中有機硅樹脂中產生的熱量可快速散出，有機硅樹脂中的熱量不能快速散出也是造成其開裂的部分原因。

　　總結：LED封裝膠開裂原因分析及解決方案

　　原因一、封裝膠與芯片、金屬框架的線膨脹系數(shù)不匹配而產生內應力，在焊接時冷熱溫差較大，導致開裂。這可通過顯微分析觀察包封層與框架粘接處是否脫離進一步驗證。

　　解決方案：在原有封裝膠的配方中加入可降低線膨脹系數(shù)的助劑，或者選擇膨脹系數(shù)較小的封裝膠配方。

　　原因二、封裝膠導熱性能太差，焊接時，受熱不均勻導致開裂。

　　解決方案：在原有封裝膠的配方中加入導熱性能較佳的的助劑，或者選擇較佳熱導率的封裝膠配方。

　　原因三、封裝膠在固化時，沒有實施疏散內應力的固化程序，導致內應力過大，焊接時，冷熱溫差變化較大引起開裂。

　　解決方案：封裝膠固化后，再進行合理的升溫、降溫程序，疏散封裝膠的內應力。

　　原因四、焊接時，溫度變化太快，導致封裝膠開裂。

　　解決方案：改變焊接工藝，使溫度升高及降低過程更加緩和。

　　原因五、焊接時，封裝膠受熱不均勻，導致開裂。

　　解決方案：改變焊接工藝，使整個部件均勻受熱。

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