1　引　　言

　　可靠性是影响发光二极管(LED)性能的主要因素。功率型LED 失效的原因主要是发光芯片的老化和封装材料性能的退化，结温和电流都会加速LED 的老化。在某些条件下长期服役，大功率白光LED 表面会形成一层黑色物质，影响光的取出，并带来产品可靠性的一系列问题。此前已发现蓝光LED 有同样的现象发生，实验表明大功率蓝光LED 芯片发出的蓝光会使封装芯片的环氧树脂胶(已固化出现老化的现象，降解后的环氧树脂胶内部结构发生明显改变，大量的C-O 键、C=O 键被打开(芯片工作时产生的高温会加速这一过程)，形成游离的C、O 原子，最后沉积在芯片和胶水之间的界面上，产生黑区。

　　目前，白光LED 的主流实现方式为蓝光芯片加上黄色荧光粉，通过蓝黄光的转化得到白光。荧光层的制作是通过将YAG 荧光粉(由Y2O3、Al2O3 反应生成的复合氧化物)与AB 胶(主要为有机硅树脂材料)混合，加入增亮剂、抗沉淀剂等，烘干后涂覆。由于大功率LED 在正常工作情况下结温可以高达100 ℃，而荧光层的热导率有限，致使荧光粉颗粒温度会相应升高，甚至高于芯片上的结温，引起波长的漂移、颜色不纯等一系列问题;再加上蓝光长时间照射，光热耦合作用不可忽视，使得在芯片与荧光层界面处的情况相对复杂。有机硅树脂相较于环氧树脂具有热稳定性好、耐紫外光性强和内应力小等优点，但以此作为配粉胶后，虽然白光LED 的寿命有了较大提高，但是光衰问题依然存在，而对以有机硅作为配粉胶的荧光层特性的研究相对缺乏。

　　本文着重于大功率白光LED 表面变黑现象的分析。首先通过对变黑的位置确定和成分分析，判定失效模式，进而对引发失效的因素(包括温度和光照)进行实验分析。

　　2　失效样品描述与测试

　　在可靠性实验中，通常采用加速应力的方法，快速有效评价器件性能。在早期的高温、大电流和功率循环等一系列可靠性实验过程中，部分样品出现了类似的变黑现象。实验中所使用的样品是批量生产的，采用了相同的材料和工艺，光电参数呈现良好的均一性，衬底为SiC材料。失效情况选取以上实验过程中的一种进行分析：5只大功率(1 W)、GaN 基白光LED串联后加350mA 工作电流，置于散热良好的平台上，入温箱，设置温箱温度为120 ℃。已知器件热阻均值10 K/W，则芯片结温为130 ℃，并未超过器件工作时极限温度140 ℃，经过40h后，其中两只出现变黑现象。外观检查发现，灯杯和灌封胶未出现黄化，光透射率良好，灯杯灌封边缘胶体呈现熔融迹象，且在靠近电极一侧有烧蚀现象，甚至出现小洞，可见密封性变差。去除灯杯与灌封胶后，对失效样品表面进行光学照相，如图1所示。用万用表检查时发现，未被黑色物质覆盖的边缘区域仍可以发光。

　　在实验结束后分别对变黑与未变黑的样品进行分析测试，采用半导体特性分析仪Agilent4155C 分析电流电压(I-V)特性，浙江大学三色的光学测试系统测试光功率;对样品进行剖面切割制样，分别使用扫描电镜SEM(JEOLJSM 6500F)和X 射线能谱分析仪(7000XEDS)观察形貌和组分分析，确定失效样品的变黑位置和组成。

图1 变黑LED 芯片表面的光学照片