发光二极管吸湿问题探讨

摘要：本文主要介绍LED的生产过程中的吸湿问题和湿度控制。

　　 发光二极管产品一直以低消耗，高寿命，耐候性能好等优势逐步成为光电显示领域宠儿，尤其是近年来的固态照明领域，大功率发光二极管已经越来越受到业界的青睐。
　　发光二极管产品分为：点阵数码管、lamp、smd 、top view、side view、大功率等很多品种，但是这些品种都有一个共同点就是都是存在树脂和支架的非气密闭封装结合。所以都属于潮湿敏感性元件，而潮湿敏感性元件暴露在回流焊接期间升高的温度环境下，陷于树脂的表面贴装元件(SMD, surface mount device)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。 常见的失效模式包括树脂从芯片或引脚框的内部分离(脱层)、导线损伤、芯片损伤和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。在一一些极端的情况中，裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益)。 IPC - 美国电子工业联合会制订和发布了 IPC-M-109, 潮湿敏感性元件标准和指引手册。它包括以下七个文件：
　　· IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
　　· IPC/JEDEC J-STD-033 潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准
　　· IPC/JEDEC J-STD-035 非气密性封装元件的声学显微镜检查方法
　　· IPC-9501 用于评估电子元件(预处理的IC元件)的印刷线路板(PWB, printed wiring board)的装配工艺过程的模拟方法
　　· IPC-9502 电子元件的PWB装配焊接工艺指南
　　· IPC-9503 非IC元件的潮湿敏感性分类
　　· IPC-9504 评估非IC元件(预处理的非IC元件)的装配工艺过程模拟方法
　　其中在IPC/JEDEC J-STD-020定义了潮湿敏感性元件，即由潮湿可透材料诸如塑料、树脂所制造的非气密性包装的分类程序。该程序包括暴露在回流焊接温度接着详细的视觉检查、扫描声学显微图象、截面和电气测试等。 IPC/JEDEC J-STD-020还把潮湿敏感性元件分为八个等级，分别是：
　　· 1 级 - ≤ 30°C / 85% RH 无限车间寿命
　　· 2 级 - ≤ 30°C / 60% RH 一年车间寿命
　　· 2a 级 - ≤ 30°C / 60% RH 四周车间寿命
　　· 3 级 - ≤ 30°C / 60% RH 168小时车间寿命
　　· 4 级 - ≤ 30°C / 60% RH 72小时车间寿命
　　· 5 级 - ≤ 30°C / 60% RH 48小时车间寿命
　　· 5a 级 - ≤ 30°C / 60% RH 24小时车间寿命
　　· 6 级 - ≤30°C / 60% RH 72小时车间寿命 (对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流)。
　　发光二极管一般都属于2a、3、4 三个级别，其中smd 属于3级，top view、side view属于4级。所以相应的生产制程时间都是要控制在其要求的范围内。
　　目前smd 产品包括top view、side view 在客户回流焊的时候出现死灯现象是目前这个业界的一个通病，而吸湿控制也是解决这个问题的一个有效方法。
　　根据笔者称重试验来分析发光二极管的吸湿情况 ：
　　这样大致就可以定出其吸湿比例。更加有必要对制程和客户使用时间做相应的控制，并对相应吸湿产品做工艺的调整。

　　1．缩短产品制程时间，严重按照等级要求控制产品成型后空气中的置放时间。
　　2．对宜吸湿原物料生产前做烘焙除湿处理。烘焙的时间/温度要以该物料的特性来定。
　　3．控制生产现场的温度/湿度，半产品放置在防潮柜中。
　　4．对产品进行烘焙除湿处理。
　　5．对产品进行真空包装。
　　6．对长期放置产品使用前烘焙除湿处理。
　　其中产品包装和烘焙，IPC/JEDEC J-STD-033提供处理、包装、装运和烘焙潮湿敏感性元件的推荐方法。重点是在包装和防止潮湿吸收上面 - 烘焙或去湿应该是过多暴露发生之后使用的最终办法。干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂、湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在防潮袋内。标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命、开袋之后的暴露时间、关于何时要求烘焙的详细情况、烘焙程序、以及袋的密封日期。 1 级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是不要求的，除非元件分类到235°C的回流温度。 2级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。 2a ~ 5a 级。装袋之前干燥是要求的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。 6 级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是要求的。
　　当然由于包装袋的原因我们对产品的干燥可以使用去湿或烘焙两种方法。1、室温去湿。使用标准的干燥包装方法或者一个可以维持25°C±5°C、湿度低于10%RH的干燥箱，放置5倍的空气暴露时间，以恢复原来的车间寿命。 2、烘焙。对基于级别和包装厚度的干燥前与后的包装，有一些烘焙的推荐方法。预烘焙用于干燥包装的元件准备， 而后烘焙用于在车间寿命过后重新恢复元件。请查阅并跟随J-STD-033中推荐的烘焙时间/温度。烘焙温度可能通过氧化焊垫或引起过多的金属间增生(intermetallic growth)而降低焊垫的可焊接性；另外烘焙除湿如果是产品卷带包装后的产品，所以必须要考虑烘焙对包装上下带封合的影响。
　　IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是：
　　1．包装之前，封装厚度小于或等于1.4mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围8~28小时，或150°C烘焙4~14小时。 封装厚度小于或等于2.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围23~48小时，或150°C烘焙11~24小时。
　　2．车间寿命过期之后，封装厚度小于或等于1.4mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围4~14小时，或40°C烘焙5~9天。 封装厚度小于或等于2.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围18~48小时，或40°C烘焙21~68天。
　　3．卷带包装产品笔者也进行了几组试验 ，烘焙smd产品先在30°C / 80% RH放置336小时以上。

　　以上试验可以看出，产品吸湿以后当受到高温，会出现delamination现象而出现死灯。而适当的温度烘焙是一个比较有效的方法。另外真空包装等辅助手段也可以有效防止发光二极管吸湿。

编辑：中国照明网／叶子