Application Note

Light Emitting Diode

LED 硫化現象について

目次
1. 概要............................................................................................. 2
2. 硫化試験方法の検証....................................................... 4
3. ご利用時の腐食性ガスへの注意点 ......................11
4. まとめ........................................................................................11

本書内に記載する型番 NS6W183A、NFSW757D および NS2W757A-V1 は弊社製品の型番であり、商標権を有する可能性のある他社製品といかなる関連性・類似性を有するものではありません。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
1/12Jun. 26, 2023

Application Note
1. 概要
本書では、仕様書の注意事項「（1）保管」に記述されている腐食性ガス（特に硫黄成分を含む腐食性ガス）に曝されたときに、どのような現象が起こるかを示しながら、LED の保管および使用時に注意する内容を記します。

Light Emitting Diode

初期状態

硫黄成分を含む腐食性ガス雰囲気中で保管

1.1 リードフレームの硫化について
弊社 LED の大半の製品のリードフレームは、銅合金に銀メッキを施しています。この銀メッキは、光の反射率および熱や電気の伝導率が優れる反面、硫化水素等の腐食性ガスを含む雰囲気に曝されると、硫黄成分と反応して変色します。これは、銀と硫黄が化学反応（ 2Ag + S → Ag2S ）を起こし、表面に硫化銀の皮膜を作ることが原因です。硫化銀の皮膜の厚さによって黄色、そして茶褐色に変わり、さらに皮膜が厚くなると黒色になります。

SS

S

S

S

硫黄成分
S
S

リードフレーム

S
S
S

封止樹脂

SS

S

硫化銀の皮膜S
S反応

図 1. リードフレームの硫化概略図

1.2 リードフレームの硫化による LED の変化について①光度・光束低下について
リードフレームが変色することにより、リードフレームに反射して取り出される光が減少するため、光度・光束が低下します（図 2 参照）。
②色調シフトについて
弊社白色 LED はチップから放射される青色の光と、その青色の光により励起された蛍光体が発する光とのスペクトルの比により、白色に見える構造となっています。
リードフレームが変色することにより、リードフレームに反射して取り出される黄色成分の光が減少することで、スペクトル比が変化し色調が青色方向へシフトします（図 3 参照）。

リードフレーム
変色

図 2. 光度・光束低下メカニズム

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
2/12Jun. 26, 2023

Application Note

リードフレーム
変色

図 3. 色調シフトメカニズム

Light Emitting Diode③断線
硫化が進行してリードフレーム内部まで変質する場合は、ワイヤー部とリードフレームとの接合部が脆くなるため、断線に至る場合があります。
ワイヤー断線

リードフレーム

図 4. 不点灯メカニズム
1.3 硫化による LED の故障モードについて
屋内における LED の硫化現象について、以下のように考えています。
① 一般屋内環境下における硫化の場合（腐食性ガス低濃度）
硫黄含有ガスの濃度により違いがあるものの、基本的には光束低下および色調変化が時間経過と共に進行し、長時間経過した後、断線に至ります。
② LED 実装製品に硫黄含有物質が組み込まれている/硫黄含有物質が周囲に多く存在する場合（腐食性ガス高濃度）
LED が高濃度の硫黄含有ガスに曝され、短時間にて断線に至る可能性が高くなります。ガス成分や濃度による硫化の違いの詳細につきましては、2.2.1 項を参照ください。
1.4 硫黄成分を含む腐食性ガス発生箇所について
硫黄成分を含む腐食性ガスは、通常の環境（大気）においても微量に含まれる場合があります。硫黄成分を含む腐食性ガスの発生箇所および硫黄が含まれるものの例を以下に示します。
（硫黄成分を含む腐食性ガスの発生箇所）
ディーゼル自動車の走行、屎尿処理場、畜舎、クラフトバルブ工場、澱粉工場、火力発電所、石油化学工業、製鉄所、事業場等のボイラー、硫黄の製造、金属の精錬、温泉地等（硫黄が含まれる製品）
ダンボール、輪ゴム等のゴム製品、ゴム系接着剤、皮膚クリーム、軟膏、化粧品、界面活性剤等

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
3/12Jun. 26, 2023

Application Note2. 硫化試験方法の検証
2.1 ISO11844 における屋内環境腐食性区分と一般的な屋内環境について
弊社では、硫化による腐食試験条件を検討するにあたり、国際標準化規格 ISO11844 記載の屋内環境腐食性区分と一般的な屋内環境の関連性について調査を実施しました。
2.1.1 ISO11844 における屋内環境腐食性区分
1.3 節①に記載の一般大気環境下における硫化について、ISO11844 では屋内環境腐食性区分を表 1 のように定めています。一般的に、屋内実環境での銀の腐食は時間とともにリニアに進行すると考えられているため、銀の腐食を指標として用いています。
表 1. ISO11844 規定の屋内環境腐食性区分 1)

Light Emitting Diode

腐食性区分

IC1IC2IC3IC4IC5

Very lowindoor

Lowindoor

Veryhighindoor

加熱空間
（空調有）
r＜25

腐食環境

具体例

低レベルの汚染物質かつ、特定の汚染物質のない、コンピューター室、湿度コントロールされた（＜40%RH）結露の少ない加熱管理された環境のミュージアム
空間

非加熱空間
（空調無）

低レベルの屋内汚染で、特定の汚染物質のない、除軍の設備保管庫
湿された非加熱空間

加熱空間
（空調有）

低レベルの汚染物質かつ、特定の汚染物質のない、低湿度（＜50%RH）で多少湿度変動はあるが結露のリ ミュージアム、制御室
スクのない加熱空間

25＜r＜100

Mediumindoor

Highindoor

銀板の質量増加量[mg/m2・年]

非加熱空間
（空調無）

特定の汚染物質のない低レベルの屋内汚染で、温度と湿度変動だけはあるが結露のリスクのない非加熱 温度変化の少ない倉庫空間

加熱空間
（空調有）

特定の汚染物質による特定のリスクのある中程度の電力会社内の配電盤室汚染で、温度と湿度変動のリスクのある加熱空間
100＜r＜450

非加熱空間
（空調無）

特定の汚染物質は少ないが汚染レベルが高く、高湿非汚染地域の教会、度（50～70%RH）かつ湿度が定期的に変動するが結田舎の屋外電話ボックス
露リスクのない非加熱空間

加熱空間
（空調有）

特定の汚染物質による汚染レベルが上昇し、温度と湿度の変動のある加熱空間
450＜r＜1000

産業プラントの電気サービス室

非加熱空間
（空調無）

特定の汚染物質による影響の可能性があり中程度に汚染地域の教会、汚染され、結露するリスクのある湿度（＞70%RH）の高汚染地域の屋外電話ボックス
い非加熱空間加熱空間（空調有）湿度の影響が限られた、H2Sのような特定の汚染物質を含む高レベル汚染状態の加熱空間

電気サービス室、効率的な汚染管理をしていない産業のクロスコネクション室

高湿度で結露のリスクのある中レベル以上に汚染された非加熱空間

汚染地域の地下倉庫

1000＜r＜2500非加熱空間（空調無）2.1.2 フィールドテスト（弊社周辺環境における腐食性調査結果）
弊社周辺環境の屋内腐食性区分調査のため、様々な環境に銀板を配置し腐食による質量増加量を調べました。設置した銀板の年間質量増加量測定結果を図 5 に示します。
弊社工場では、工程内/信頼性試験所は IC1 上限～IC2 下限に、各種作業場/工場搬入口付近は IC2 中間～IC3 下限に、駐輪場/百葉箱内は IC3 下限～IC4 中間に該当することを確認しました。また、代表的な環境として民家（リビング/キッチン）、車用品店（タイヤガレージ/店内）、服屋に設置した結果、IC2 下限～IC3 下限に該当することを確認しました。
なお、弊社辰巳工場百葉箱内の銀板質量増加量が他の箇所と比較し多い理由として、通気性の良い環境でありほぼ屋外に近い環境のためと考えられます。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
4/12
Jun. 26, 2023

Application Note
銀板設置地域

年間銀板質量増加量
2500（ ）内の数字①～⑤は銀板設置地域を示す

IC51000

Light Emitting Diode

年間銀板質量増加量 [mg/m2 年]

660

IC4

百葉箱内
450

IC3

151
104
100

駐輪場

131113

キッチン

工場搬入口付近

車用品店タイヤガレージ（④）
6659
工程外作業場リビング
32

信頼性試験室25202838①④③

車用品店店内（④）

47

②

IC2
服屋店内（⑤）⑤（Google Earth）

工程内2

工程内1

IC1
10
0 辰巳工場（①） 1 鳴門工場（②） 2

弊社内

民家（③）

3

店舗

4 腐食性区分

弊社外
百葉箱内

図 5. フィールドテスト結果

2.2 加速試験条件の検討と試験結果
LED の硫化試験を行うにあたり、一般環境下では試験に非常に時間を要するため、加速試験を検討する必要があります。加速試験方法の一例として、弊社で検討中の方法とその試験結果を以降に記載します。
2.2.1 ガスの成分や濃度の違いによる硫化の違い
銀はガスの成分や濃度の違いにより硫化の仕方が異なります。
たとえば、ＬＥD は硫黄含有の腐食性ガスに曝されると特性変化が生じ、ワイヤー断線が発生する場合があります。
しかし、腐食性ガスの含有する成分/濃度/環境の違い等によって硫化の仕方は異なり、特性変化とワイヤー断線の発生率は正比例の関係にない場合があります。一定の量まで光束が低下したからといって、必ずしもワイヤー断線に至るということではありません。
参考として、弊社における NS6W183A の硫化試験結果を図 6 に示します。試験結果から、試験条件や腐食性ガス発生源の違いによって、一定量の光束を下回ったとしても断線に至らない場合があると考えられます。
上述までの理由から、加速試験は目的とする環境下での硫化に類似した銀の腐食が発生する条件を選定する必要があります。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
5/12
Jun. 26, 2023

Application Note

光束維持率 [%]

120
100

ワイヤー断線発生発生箇所 3/9pcs

80×60

 腐食性物質含有ゴム同封動作試験（点灯）：
TA=65℃、IF=100mA、硫黄含有輪ゴム 4g と LED を 360ml フラスコ内に同封

× ワイヤー断線発生なし
発生箇所 0/15pcs

 腐食性物質含有ゴムパッキン同封保管試験（非点灯）：

40

TA=100℃、ゴムパッキン 0.5g と LED を 360ml フラスコ内に同封

腐食性物質含有ゴム同封動作試験

20

腐食性物質含有ゴムパッキン同封保管試験

00100200
試験時間［h］

300400Light Emitting Diode

図 6. NS6W183A 硫化試験結果

2.2.2 硫化試験基準条件の選定
弊社硫化試験条件は、国際的な混合ガス腐食試験規格 IEC60068-2-60 に規定の 4 条件（表 2 参照）より Method3を基準に検討しました。Method3 は、以下の理由により加速条件に適していると考えます。3)・硫化銀結晶が自然環境下にて成長すると考えられている緻密な結晶となる混合ガス試験である。
・4 条件の中で硫化水素濃度が高く、銀の腐食が早い。
表 2. IEC60068-2-60 硫化試験条件 2)
Methodガス濃度

温湿度

1SO2 0.5ppm + H2S 0.1ppm

25℃ 75%RH

2H2S 0.01ppm + NO 2 0.2ppm + Cl2 0.01ppm

30℃ 70%RH

3H2S 0.1ppm + NO2 0.2ppm + Cl2 0.02ppm

30℃ 75%RH

4H2S 0.01ppm + NO 2 0.2ppm + Cl2 0.01ppm + SO2 0.2ppm

25℃ 75%RH

2.2.3 加速試験条件の検討
IEC60068-2-60 の Method3 を基にさらに腐食を加速させる方法として、ガス濃度を20 倍にした条件を検討しました。
H2SとNO2 の混合ガス比は1：2を維持することで、腐食形態を変えることなく腐食速度を速めることが可能と考えています。なお、Method3 での腐食は、塩化銀がほぼ生成されず硫化銀が主に生成されることから、Cl2 のガス成分は除外しました。3)
上述までの検討結果から、表3 に記載の条件でLEDの硫化試験を行いました。また、同条件にて銀板の腐食による質量増加量を調査しました。
表 3. LED の硫化試験条件
ガス濃度

温湿度

試験時間

H2S 2ppm + NO2 4ppm

40℃ 75%RH240h

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
6/12Jun. 26, 2023

Application Note
2.2.4 加速条件による硫化試験結果
2.2.3 項で検討した加速硫化試験条件にて、NFSW757D および NS2W757A-V1 の 2 品種を試験しました。NFSW757D
は NS2W757A-V1 と比較し、ガスバリア性を向上させた品種となります。
なお、本試験は非通電状態で実施しました。
その結果、図 7 に示すように、ＮS2W757A-V1 の光束低下が NFSW757D よりも大きいことを確認しました。
110100
LED80048144240

NFSW757D

7060

NS2W757A-V1NFSW757D
NS2W757A-V1504004080120160200240

試験時間 [h]図 7. LED の硫化試験結果

また、LED の投入と同時に銀板を投入し、質量増加量を調査しました。銀板は48 時間毎に新しい銀板と交換し、それらの質量増加量を累積値で表しました。
その結果、図8 に示すように銀板の質量は直線的に増加し、試験槽内の腐食環境は一定に保たれていることを確認しました。

20000
18000
16000
質量増加量 [mg/m2]

Light Emitting Diode

光束維持率 [%]

90

試験時間 ［h］

14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000004080120160200240

試験時間 ［h］

図 8. 腐食による銀板の質量増加量調査結果

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
7/12Jun. 26, 2023

Application Note
2.2.5 硫化試験結果からの光束維持率 70％到達時間の予測
2.2.4 項の加速硫化試験結果とISO11844 屋内環境腐食性区分上限の銀板質量増加量、2.1.2 項フィールドテストで得られた銀板質量増加量を照らし合わせ、各腐食性区分または各環境における光束維持率 70％到達時間を予測しました。結果を図 9 および表 4～5 に示します。
・NFSW757D： 各腐食性区分において、ほぼ硫化による光束低下はないと考えます。
・NS2W757A-V1： IC2 上限（IC3 下限）付近の環境までは、硫化による光束低下の影響は小さいと考えます。
なお、ここでの予測は腐食環境中での保管以外による劣化を加味していない推定値となります。参考データとしてお取り扱いください。

光束維持率 [%]

Light Emitting Diode

IC2上限 10年相当
110
IC3上限 10年相当
IC1上限 10年相当
100

IC4上限 10年相当
IC5上限 5年相当

90

光束維持率 70％到達時の銀板質量増加量≒13070mg/m2

807060

NFSW757D

50NS2W757A-V1

4002500

5000

7500

10000

12500

15000

17500

20000

銀板質量増加量 [mg/m2]
図 9. 銀板質量増加量と LED 光束維持率

表 4. 各腐食性区分における光束維持率 70％到達予測時間（※）
ISO11844既定
腐食性区分

10年間の銀板質量増加量 [mg/m2・10年]

IC1上限

腐食性区分上限の10年間に相当する
光束維持率 [％]

光束維持率70%到達予測時間[年]

NFSW757D

NS2W757A-V1

NFSW757D

NS2W757A-V1250

10099.7＞100＞100IC2上限

100099.998.8＞100＞100

IC3上限

4500

99.3

90.2＞10029

IC4上限

10000

98.4

76.4＞10013IC5上限

12500 (5年間)

97.9 (5年間に相当)

71.1 (5年間に相当)＞1005※本予測は腐食環境中での保管以外による劣化を加味していません。参考データとしてお取り扱いください。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
8/12Jun. 26, 2023

Application Note
表 5. 各フィールドテスト箇所における光束維持率 70％到達予測時間（※）
年間銀板質量増加量
2［mg/m ・年］

該当区分

工程内120信頼性試験所

銀板設置箇所

辰巳工場
弊社内

鳴門
工場

銀板設置箇所での10年間に相当する光束維持率 [％]

光束維持率70%到達
予測時間 [年]NFSW757D

NS2W757A-V1

NFSW757D

NS2W757A-V1

IC1上限付近

10099.7＞100＞10032

IC2下限付近

10099.6＞100＞100

工場搬入口付近

104

IC3下限付近

99.998.8＞100＞100

百葉箱内

660

IC4中間98.984.8＞10020

工程内228IC2下限付近

10099.6＞100＞100

各種作業場

59

IC2中間99.999.3＞100＞100

駐輪場

151

IC3下限付近

99.898.0＞100＞100

リビング47

IC2下限付近

99.999.4＞100＞100

Light Emitting Diode

民家弊社外店舗キッチン

131

IC3下限付近

99.898.4＞100＞100

車用品店
タイヤガレージ

113

IC3下限付近

99.998.6＞100＞100

車用品店店内66

IC2中間99.899.2＞100＞100

服屋

38

IC2下限付近

10099.6＞100＞100※本予測は腐食環境中での保管以外による劣化を加味していません。参考データとしてお取り扱いください。

各フィールドテスト箇所における LED の耐硫化性について、NFSW757D はいずれの環境でも光束低下は小さく、
NS2W757A-V1 は百葉箱内（屋外に近い環境）10 年相当でも光束維持率は約 85％と予測されます。
上記理由から Nichia 757 シリーズは、今回フィールドテストを実施したような一般周囲環境においては、硫化の懸念が小さい LED であると考えます。
しかしながら、銀板の質量増加に伴い光束が低下しているように、硫黄成分を含むガス濃度が高くなる環境（LED 実装製品に硫黄含有物質が組み込まれている、硫黄含有物質が周囲に多く存在する等）では、LED の硫化による光束低下や色調シフトの懸念が高まると考えられます。
2.2.6 高温環境下における硫化試験結果
NS2W757A-V1 を使用し、さらに温度条件を変更した硫化試験を実施しました。試験条件を表 6 に、試験結果を図 10～11 および表 7 に示します。
TA＝40℃とTA＝60℃環境では暴露された銀板の腐食速度は変わらないものの、60℃環境の方がLEDの硫化が早くなることを確認しました。これは、高温時に LED 封止樹脂のガスバリア性が低下するためと考えられます。また、LED の光束低下が40℃環境の試験に対して早い時間で飽和に近い傾向を示したことから、60℃環境は加速条件としては厳しすぎると考えます。
表 6. NS2W757A-V1 硫化試験条件
温湿度
表3に示した条件

40℃ 75%RH

高温条件

60℃ 75%RH

ガス濃度

試験時間

H2S 2ppm + NO2 4ppm

240hThis document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
9/12Jun. 26, 2023

Application Note

20000

110

18000

40℃ 75%RH

100

16000

90

質量増加量 [mg/m2]

光束維持率 [%]

60℃ 75%RH

80706050

14000
12000

10000
8000
6000
4000

40℃ 75%RH

2000

60℃ 75%RH

04004080

1201602000240

4080

Light Emitting Diode

試験時間 [h]120160200240

試験時間 ［h］

図 10. NS2W757A-V1 光束維持率

図 11. 銀板質量増加量

表 7. NS2W757A-V1 外観
温湿度条件

試験時間 ［h］
04814424040℃ 75%RH

60℃ 75%RH

2.2.7 調査結果からの加速硫化試験考察
これまでの調査結果から、銀板の腐食による質量増加量は時間に対して直線的であることに対し、LED の光束低下は直線的ではないことを確認しています。その要因として、LED の封止樹脂のガスバリア性が考えられます。
また、加速条件については、一般屋内環境から大きな乖離のない条件を目指しています。現在までの調査結果から、一般環境での硫化を再現しているものと考えますが、確度を増すために条件やデータ等のさらなる検証が必要と考えています。 弊社では、加速硫化試験結果が実際の環境と合致するよう、今後ともLED 硫化試験の検討を続けて参ります。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
10/12
Jun. 26, 2023

Application Note
3. ご利用時の腐食性ガスへの注意点
3.1 保管方法
LED には、パッケージ本体の内側および/または外側に銀メッキされた金属部分があります。腐食性ガス等を含む雰
囲気に曝されると、メッキ表面が変質し、はんだ付け性の低下や光学特性に影響を及ぼすことがありますので、保管時は密閉容器等で保管してください。
腐食性ガスを遮断することにより、リードフレームの硫化を防止できますので、弊社アルミ防湿袋開封後は以下の方法を推奨します。
・窒素置換されたデシケータ等での保管・気密性の高い素材（アルミ袋等）による密封Light Emitting Diode※ただし、腐食性ガスを発生するおそれのあるものとは保管しないでください。
3.2 製品設計時の注意点
製品を設計するときは、以下の点に注意して設計をお願いします。
・実機に使用する部材（パッキン、接着剤など）については、メッキ表面への影響を考慮して硫黄成分を含有しているものの使用を避けてください。パッキンを使用する場合は、シリコーンゴム材質のものを推奨します。その際、低分子量のシロキサンによる機器の接点不良に注意してください。
・腐食性ガスは、ダンボールやゴムの他、大気中においても微量に含まれる場合があります。また、樹脂部材にもメッキ表面に影響するハロゲン系物質等が含まれている場合がありますので、注意してください。
・メッキ表面への影響は、実装後および実機組み込み後においても、LED 周辺部剤からの発生ガスや外部からの侵入ガス成分によって同様の影響を受けますので、製品設計の際には考慮してください。

4. まとめLED の腐食は、ガス濃度/ガス種類/温度/湿度等さまざまな要因が複雑に絡み合い、発生および進行すると考えています。硫化試験条件や LED 実装製品の検討に際し、使用する環境/周囲部材等を考慮する必要があると考えます。
本書で紹介しました評価事例は、あくまで一例になりますので、参考資料としてお取り扱いください。

参考文献
1) ISO11844
2) IEC60068-2-603）電子機器部品の腐食・防食 Q＆A（腐食防食協会編）

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
11/12Jun. 26, 2023

Application Note
＜免責事項＞
本書は、弊社が管理し提供している参考技術文書です。
本書を利用される場合は、以下の注意点をお読みいただき、ご了承いただいたうえでご利用ください。
・本書は弊社が参考のために作成したものであり、弊社は、本書により何らの保証をも提供するものではありません。
・本書に記載されている情報は、製品の代表的動作および応用例を示したものであり、その使用に関して、弊社および第三者の知的財産権その他の権利の保証または実施権の許諾を行うものではありません。

Light Emitting Diode

・本書に記載されている情報については正確を期すべく注意を払っておりますが、弊社は当該情報の完全性、正確性および有用性を一切保証するものではありません。また、当該情報を利用、使用、ダウンロードする等の行為に関連して生じたいかなる損害についても、弊社は一切の責任を負いません。
・弊社は、本書の内容を事前あるいは事後の通知なく変更する場合がありますのでご了承ください。
・本書に記載されている情報等に関する著作権およびその他の権利は、弊社または弊社に利用を許諾した権利者に帰属します。弊社から事前の書面による承諾を得ることなく、本書の一部または全部をそのままあるいは改変して転載、複製等することはできません。

日亜化学工業株式会社 774-8601 徳島県阿南市上中町岡491番地
http://www.nichia.co.jp

Phone: 0884-22-2311 Fax: 0884-21-0148

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211213-1
12/12Jun. 26, 2023