每日一个知识点！认识硫化腐蚀对PCBA的危害及改善建议

因封装制程缺陷、外界使用环境等因素影响，常导致LED出现硫化反应，表现为产品功能区黑化，光通量逐渐下降，色温出现明显漂移。LED的硫化现象在初期难以察觉发现，在经过一段时间后，重要材料遭到彻底破坏，最终导致产品完全失效。

本文以PCBA板上的LED硫化腐蚀失效为例，通过开封检查、显微分析、切片分析、硫化试验等测试方法，分析其失效原因与机理，并提出预防措施。

测试分析

1 外观检查

针对PCBA和LED裸灯珠进行光学检查，检查结果显示：LED裸灯珠封装胶体清澈透明，固晶银胶、晶元、绑定线结构清晰；PCBA上的LED灯珠封装胶体清澈透明，固晶胶、晶元无法有效辨识，呈现黑色。

外观检查确认光衰LED灯珠内部明显发生黑化，该变化会导致反光效果下降，灯珠出光效率降低。

2 机械开封+显微分析

为了真实呈现LED灯珠内部的形貌和成分，采用机械开封的方式将LED灯珠解剖。

从图中可以看到，光衰LED灯珠内部焊盘区明显发黑（红色虚线标注），灯珠白色塑胶覆盖处的金属支架表面呈现金属光泽，未明显发黑；LED裸灯珠内部焊盘、固晶银胶、金属支架均呈现出正常光泽，无黑化现象。

图1. 光衰LED灯珠机械开封后光学照片

图2显示固晶银胶呈现异常粉末状，成分测试探测到高含量的硫元素；焊盘区表面为粗糙的结晶形貌，非正常电镀银形貌，成分测试同样探测到高含量的硫元素，同时还有少量镍元素和铜元素，这意味着银镀层底下的镍、铜元素已经扩散至表层，说明硫腐蚀程度极为严重；C区域为被白色胶体覆盖的金属支架，金属支架银层表面光滑，无明显腐蚀形貌，成分测试未发现硫元素。

图2. 光衰LED灯珠机械开封形貌及EDS谱图（支架侧）

图3是封装胶体侧的形貌图，LED灯珠内部焊盘区呈现出典型的腐蚀形貌，同样探测到高含量的硫元素；E区域与C区域相对应，胶体表面光滑，无银元素残留，未探测到腐蚀元素。

图3. 光衰LED灯珠机械开封形貌及EDS谱图（封装胶体侧）

图4是LED裸灯珠的内部形貌，银镀层表面光滑，灯珠封装材料未探测到腐蚀硫元素。

图4. LED裸灯珠机械开封形貌及EDS谱图

光衰LED灯珠机械开封显微分析结果表明：固晶银胶、焊盘区表面均发生极为严重的硫化腐蚀，但被白色塑胶覆盖的金属支架表面则无腐蚀现象，说明硫元素的进入路径不是金属支架与白色塑胶的的界面，即灯珠硫化腐蚀与LED支架本身密封性无关。

3 剖面制样+显微分析

取光衰LED灯珠和LED裸灯珠进行剖面切片。光衰LED灯珠固晶胶、焊盘银层表面发黑严重，固晶银胶内部无发黑现象（红色虚线标注）；LED裸灯珠固晶胶、焊盘银层表面呈现银色金属光泽。

图5. LED灯珠剖面光学照片

光衰LED灯珠的剖面结构如图所示，其中①固晶银胶表面严重硫化，但银胶内部无硫化现象，且固晶胶底部的银层完整；②金属支架与白色塑胶结合良好，界面无分层现象，白素塑胶覆盖的金属支架表面银层无明显腐蚀；③固晶银胶边缘银层腐蚀殆尽。

图6. 光衰LED灯珠剖面形貌及EDS谱图

4 硫化试验

对LED裸灯珠进行防硫性能测试，试验后，LED裸灯珠内部银胶和焊盘明显发黑，说明封装胶体无法阻止含硫气体的进入。

图7. 硫化试验示意图

图8. 硫化试验前后比对

5 分析

光衰LED灯珠光学检查确认固晶银胶、焊盘表面明显发黑，黑化会导致LED灯珠出光效率降低。

将光衰LED灯珠机械剥离，固晶银胶和焊盘表面确认发生硫化腐蚀，呈现出典型的腐蚀形貌。白色覆盖的金属支架表面银层光滑完整，未发现任何腐蚀迹象。光衰LED灯珠剖面显微分析再次证实了以上分析结果，硫化腐蚀仅发生在固晶银胶表面和未被白色塑胶覆盖的焊盘表面。

硫元素来自于服役环境，硫元素进入LED灯珠有两条路径：①通过金属支架与白色塑胶的界面进入，也就是行业内通常所讲的LED支架密封性不良；②通过封装胶体扩散进入。从本案分析结果可知，腐蚀硫元素必然是通过封装胶体进入灯珠内部。LED灯珠封装胶体为硅胶，硅胶分子链间距较大，防止腐蚀气体进入的性能较差。

硫化试验证实，在含硫气体条件下，该款LED灯珠极易发生硫化失效。

结论

总结：

导致LED灯珠发生光衰的直接原因是：LED内部发生严重的硫化腐蚀。含硫腐蚀性气体来源于外界服役环境，通过封装胶体扩散进入灯珠内部，造成固晶银胶和焊盘表面发生硫化腐蚀。

建议：

1. 查找确认含硫腐蚀气体的发生源，从根源上杜绝硫化腐蚀的发生；

2. 更换封装胶体，选取致密性较高的胶体，例如市面上防硫化胶水。

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