LED 품질관리 및 불량분석에 있어서, 황화로 인한 흑화는 배치 실패로 이어질 수 있는 가장 일반적인 만성 신뢰성 위험 중 하나입니다..

황화의 가장 오해하기 쉬운 특성 중 하나는 모든 광학적 및 전기적 매개변수가 배송 당시 사양을 충족할 수 있다는 것입니다., 단기간 사용시에는 이상이 발견되지 않을 것. 하지만, 제품을 설치하고 몇 달 또는 수천 시간 동안 작동한 후, 문제가 점차 나타날 수 있습니다, 루멘 감가 상각 포함, 황색을 띠는 색온도 변화, 리드 프레임 반사경 영역의 광범위한 흑화, 금-와이어 본딩 포인트의 부식 또는 분리, 결국 개방 회로 LED 오류.

LED 칩 소손이나 정전기 방전 등 명백한 고장과는 달리 (ESD) 손상, 황화는 되돌릴 수 없는 화학적 부식 과정입니다.. 자체 복구 또는 수리가 불가능하며 장기적인 LED 신뢰성 실패의 주요 원인 중 하나입니다..

1. LED 황화의 고장 메커니즘

기존 SMD LED는 일반적으로 높은 반사율을 달성하고 높은 광 출력 효율을 유지하기 위해 리드 프레임 반사판 영역에 은도금 반사층을 사용합니다..

하지만, 은은 황 함유 물질에 화학적으로 민감합니다.. 황 함유 이온 및 황화수소 (H2S) 주변 환경에서 점차적으로 LED 봉지재에 침투할 수 있습니다.. 은도금 리드 프레임에 도달하면, 은과 반응하여 검은 황화은을 형성합니다. (Ag₂S).

핵심 화학 반응

2Ag + S → Ag₂S

황화은은 어둡거나 검은색을 띠며 빛을 강하게 흡수합니다.. 반사 표면에 형성되면, LED 리드 프레임의 반사율이 크게 감소합니다., 결과적으로 광 출력이 감소합니다..

부식이 계속되면서, 은도금층은 점진적으로 소모됩니다.. Gold Wire의 2차 본드를 지지하는 본딩면도 저하될 수 있습니다., 결국 채권 실패를 초래함, 와이어 분리, 개방 회로, 그리고 LED 고장.

게다가, 부식 생성물 및 표면 오염으로 인해 전기 절연 특성이 변경되고 비정상적인 누설 전류가 발생할 수 있습니다., 꺼질 것 같은, 또는 완전한 LED 오류.

칩 소진과 황화를 구별하는 방법

LED 칩 소손과 황화로 인한 흑화를 혼동하는 경우가 있음.

검게 변한 부위의 위치를 ​​기준으로 간단한 사전 구별이 가능합니다.:

• 칩 소진: 주요 검게 변하거나 손상된 부분은 LED 칩 자체에 직접 위치합니다..
• 황화: 흑화 현상은 주로 은도금 반사판이나 리드 프레임 부분에 집중됩니다., LED 칩 자체는 시각적으로 손상되지 않은 상태로 유지될 수 있습니다..

영상

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2. 원인분석

2.1 유황 유입 경로

황 함유 물질은 두 가지 주요 경로를 통해 LED 패키지에 들어갈 수 있습니다..

길 1: 금속 리드 프레임과 흰색 플라스틱 하우징 사이의 인터페이스를 통해

박리되는 경우, 접착력이 좋지 않음, 미세한 틈, 또는 금속 리드 프레임과 플라스틱 하우징 사이에 밀봉이 충분하지 않습니다., 황 함유 가스는 인터페이스를 따라 LED 패키지에 침투할 수 있습니다..

길 2: 봉지재를 통한 확산

실리콘 기반 LED 봉지재는 일정 수준의 가스 및 수분 투과성을 갖고 있습니다.. 황 함유 가스 또는 화합물은 캡슐화 재료를 통해 점진적으로 확산되어 결국 은도금 리드 프레임에 도달할 수 있습니다..

2.2 주요 가속 요인

황 공급원의 존재만으로 반드시 급격한 고장이 발생하는 것은 아닙니다..

고온, 높은 습도, 밀폐된 환경은 황화를 크게 가속화할 수 있는 세 가지 주요 요인입니다..

1. 고온

LED가 높은 접합 온도에서 지속적으로 작동하는 경우, 황 함유 물질의 확산과 관련 화학적 부식 반응이 상당히 가속화될 수 있습니다..

2. 높은 습도

수분은 이온 전달을 촉진하고 부식 반응을 촉진할 수 있습니다., 은도금 층에 대한 황 관련 공격의 확률과 심각도를 증가시킵니다..

3. 밀폐된 환경

통풍이 잘 안되거나 밀봉된 밀폐된 공간, 황 함유 가스는 소멸되기보다는 축적될 수 있습니다., LED 부품 주위에 지속적으로 부식성 미세 환경을 생성합니다..

이러한 이유로, 고온/고습 신뢰성 테스트, ~와 같은 85°C/85% RH 테스트, 수분 관련 패키지 약점을 평가하는 데 유용할 수 있습니다.. 하지만, 특히 황 저항성을 검증하는 것이 목적인 경우, 통제된 황 함유 대기 또는 전용 황화 저항 테스트도 고려해야 합니다..

2.3 황화가 발생할 수 있는 제조 및 적용 단계

LED 황화는 주로 3단계에서 발생할 수 있습니다.:

1. LED 제조 공정

원자재, 반제품, 또는 완성된 LED가 황 함유 오염 물질에 노출될 수 있습니다..

다이 본딩 및 캡슐화 공정에서는 재료 호환성 및 오염 제어에 특별한 주의가 필요합니다..

2. SMT 조립 공정

SMT 공정은 오염 위험의 주요 원인이 될 수 있습니다..

PCB 재료, 솔더 페이스트, 세척제, 고무 재료, 접착제, 또는 기타 황 함유 물질이 조립 및 리플로우 공정 중에 LED 주변에 존재할 수 있습니다..

3. 최종 사용 환경

부식성 가스가 포함된 열악한 환경에서 황화 현상이 발생할 가능성이 특히 높습니다., ~와 같은:

• 광산
• 비료공장
• 가축 농장
• 폐수처리시설
• 화학 처리 환경
• 황 함유 가스가 포함된 기타 산업 지역

3. 예방 조치

3.1 자재 관리

리드 프레임 및 캡슐화 재료

가스 투과도가 낮은 LED 봉지재 선택, 더 나은 밀봉 성능, 황 함유 환경에 대한 내성이 향상되었습니다..

신규 공급업체 자격 취득 중, 봉지 실리콘, 리드 프레임 등 LED 핵심 소재도 황 함량 평가에 포함돼야, 재료 호환성 테스트, 또는 황 부식 위험 평가.

PCB

PCB 재료의 황 함량 및 황 관련 오염 위험은 해당 재료 사양 및 신뢰성 요구 사항에 따라 제어되어야 합니다..

필요한 경우, PCB 재료와 완성된 보드는 휘발성 황 함유 물질과 은도금 LED 부품과의 호환성을 평가해야 합니다..

SMT 조립 전, 적절한 베이킹, 청소, 또는 기술적으로 타당할 경우 사전 조정 프로세스가 도입될 수 있습니다..

보조 재료

가능한 한 무황 또는 저유황 생산 재료를 사용하십시오., 포함:

• 무황 장갑
• 저오염 마스크
• 무황 세척제
• 청결한 베이킹 전용 오븐
• 호환 가능한 포장 재료

황 함유 물질과 LED 간의 교차 오염을 엄격하게 제어해야 합니다..

3.2 프로세스 및 디자인 개선

항황화 리드 프레임

황화방지 TOP 리드프레임 구조 사용, 최적화된 도금 시스템, 금도금 보호층, 또는 다층 내식성 도금 설계.

보호 코팅

COB 광원 및 기타 노출 구조물용, 습기 및 부식성 가스의 침투를 줄이기 위해 적절한 보호 코팅을 적용할 수 있습니다..

에폭시 기반 재료 또는 특별히 설계된 고굴절률 실리콘 시스템은 광학적 특성에 따라 평가될 수 있습니다., 열의, 기계적인, 및 신뢰성 요구 사항.

고급 포장

고급 내황성 솔루션에는 다음이 포함될 수 있습니다.:

• 다층 황 차단 구조
• 향상된 패키지 밀봉
• 저투과성 캡슐화 시스템
• 부식 방지 금속화
• 유황 포집 또는 오염 제어 기술

격리된 스토리지

LED 부품 및 완성된 LED 제품은 황 함유 물질과 동일한 환경에 보관하면 안 됩니다..

고무 제품에 특별한주의를 기울여야합니다, 포장 폼, 판지, 접착제, 약, 부식성 황 함유 화합물을 방출할 수 있는 기타 물질.

3.3 환경 관리

깨끗하고 통제된 생산 환경을 유지하고 황 함유 오염물질에 대한 노출을 최소화합니다..

표준 LED는 황 함유 부식성 가스 농도가 높은 환경에서 직접 사용해서는 안 됩니다., 광산과 같은, 비료 공장, 축산시설, 폐수 처리장, 또는 특정 화학 처리 환경, LED가 해당 용도에 맞게 특별히 설계되고 인증되지 않은 경우.

또한 실내 환경에는 건축 자재에서 방출되는 미량의 부식성 황 함유 가스가 포함될 수 있다는 점도 인식해야 합니다., 고무, 접착제, 포장재, 또는 근처의 다른 구성 요소.

4. 고장 검토 및 근본 원인 분석

4.1 황화 실패를 식별하기 위한 표준 절차

표준화된 고장 분석 프로세스를 사용하여 LED 흑화가 황화로 인해 발생하는지 여부를 확인할 수 있습니다..

단계 1: 포장 개봉 및 육안 검사

현미경으로 LED 검사.

은도금 반사판 부분이 점진적으로 황변되는 경우, 갈색 변색, 또는 LED 칩 자체가 뚜렷한 화상 손상을 보이지 않는 동안 검게 변하는 현상, 황화는 가능한 고장 메커니즘으로 간주되어야 합니다..

단계 2: 전기적 재테스트

노화 또는 현장 사용 전후의 전기적 매개변수 비교, 포함:

• 순방향 전압 (VF)
• 역전류 / 누설 전류 (그리고)
• 광출력
• 기타 관련 전기적 특성

이는 부식과 관련된 점진적인 전기적 저하를 식별하는 데 도움이 됩니다..

단계 3: 어느 + EDS 원소 분석

EDS와 결합된 SEM은 검게 변하거나 부식된 부분의 원소 조성을 확인하는 가장 중요한 분석 방법 중 하나입니다..

유황인 경우 (에스) 은과 함께 검출됩니다. (Ag) 부식 지역에서, 증거는 은도금 층의 황 관련 부식을 강력하게 뒷받침합니다..

염소인 경우 (Cl) 또는 브롬 (브르) 대신 감지됩니다, 할로겐 관련 부식도 조사해야 합니다..

단계 4: 프로세스 수준 추적성

오염이 다음에서 발생했는지 확인합니다.:

• LED 패키징
• SMT 조립
• PCB 또는 보조 재료
• 완제품 조립
• 포장 및 보관
• 운송
• 최종 사용자 운영 환경

실제 유황 공급원을 파악하고 오염이 발생한 단계를 파악하는 것이 목적입니다..

4.2 고장 식별의 주요 기준

황화 부식에 대한 가장 강력한 증거 중 하나는 황 (에스) 그리고 은 (Ag) 영향을 받은 지역에서, 부식의 형태 및 위치와 결합.

EDS 분석은 심각하게 부식된 지역에서 측정 가능한 황 농축을 보여줄 수 있습니다.. 정확한 황 비율은 샘플에 따라 크게 달라질 수 있습니다., 측정 위치, 오염 수준, 기기 조건, 부식 심각도.

리드 프레임 기능 영역을 포함하여 다양한 위치의 요소 구성을 비교함으로써, LED 단자, 접착 영역, 및 PCB 패드 - 황이 외부 환경에서 유래했는지 아니면 LED 조립 시스템 내의 재료에서 유래했는지 확인하는 것이 가능할 수 있습니다..

4.3 고장분석 결과의 적용

책임 추적성

다음을 포함하는 완전한 실패 분석 기록을 수립합니다.:

• 패키지 개봉 사진
• 현미경 이미지
• 이미지 없음
• EDS 스펙트럼 및 원소 데이터
• 전기적 테스트 결과
• 신뢰성 테스트 결과
• 자재 및 생산로트 정보

이러한 기록은 공급업체 품질 논의에 대한 기술적 증거를 제공할 수 있습니다., 시정 조치, 책임 결정, 그리고 주장.

시정 조치

파악된 근본 원인을 바탕으로, 시정조치는 세 가지 주요 관점에서 시행되어야 합니다.:

• 재료 선택
• 제조 및 조립 공정
• 보관 및 운영 환경

조기 경고 메커니즘

중요한 은도금 리드 프레임에 대한 IQC 프로세스에 황화 감도 또는 황화 방지 검증을 도입합니다., 포장재, 또는 LED 부품.

이는 대량 생산에 들어가기 전에 고위험 자재 로트를 식별하고 차단하는 데 도움이 될 수 있습니다..

4.4 기타 LED 흑화 실패 모드 식별

다음을 이해하는 것이 중요합니다. LED 흑화는 자동으로 황화를 의미하지 않습니다..

다른 가능한 실패 메커니즘은 다음과 같습니다.:

• 산화
• 염화물 부식
• 브롬화물 부식
• 탄화
• 열분해
• 화학적 부적합성
• 플럭스 오염
• 접착제 또는 밀봉재 오염
• 기타 환경 부식 메커니즘

그러므로, 제조업체는 완전한 설정을 해야 합니다. LED 흑화 불량 분석 경로도 육안검사를 통해 체계적으로 고장을 조사합니다., 패키지 개봉, 현미경 사용, 전기 테스트, SEM/EDS 분석, 재료 추적성, 신뢰성 검증.

결론

LED 황화 및 흑화는 주로 은도금 표면과 황 함유 물질 간의 화학 반응과 관련이 있습니다., 어두운 황화은을 생성할 수 있는 것 (Ag₂S) 부식 생성물.

위험은 유황 공급원의 영향을 받습니다., 패키지 투과성, 온도, 습기, 재료 호환성, 제조 오염, 그리고 최종 운영 환경.

효과적인 황화방지는 세 가지 주요 영역에 대한 체계적인 관리가 필요합니다.:

자재 관리 + 프로세스 및 패키지 디자인 + 환경 관리

LED 흑화가 발생하면, 권장되는 실패 분석 순서는 다음과 같습니다.:

육안 검사 → 패키지 개봉 → 현미경 분석 → 전기 테스트 → SEM/EDS 원소 분석 → 재료 및 공정 추적성 → 검증 테스트 → 근본 원인 확인 → 시정 조치

궁극적인 목적은 황의 존재 여부를 확인하는 것뿐만 아니라, 뿐만 아니라 결정하기 위해 유황이 발생한 곳, LED 패키지에 들어간 방법, 부식이 발생한 이유, 그리고 재발을 예방할 수 있는 방법.

과학적으로 구조화된 고장 분석 프로세스는 LED 제조업체가 실제 근본 원인을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다., 장기적인 제품 신뢰성 향상, 협력사 품질관리 강화, 고객 애플리케이션에서 배치 실패 위험을 줄입니다..