A LED-es készülékek gyártási technológiájának folyamatos fejlesztésével jelentősen javult annak fényhatásfoka, fényereje és teljesítménye. A LED-ek fotoelektromos átalakítási hatásfoka azonban még mindig csak körülbelül 20%, a fennmaradó elektromos energia hőenergiává alakul, ami az alkatrészek hőmérsékletének emelkedését és a fényhatásfok csökkenését okozza. Az alkatrész szerves részeként a kapszulázó anyag még érzékenyebb a magas hőmérsékletekre. Ezért a tokozási anyag okozta meghibásodás az egyik fő ok, amely befolyásolja a teljes LED-modul élettartamát.
Ez a cikk az általános szilikon- és foszforkapszulázó anyagokat használó LED-modulokra összpontosít. Reprezentatív mintákat választottunk ki, és magas hőmérsékleti körülmények között végzett öregítési teszteknek vetették alá őket. A cél a tokozási anyagok meghibásodási viselkedésének elemzése és meghibásodási mechanizmusaik meghatározása. A minták megvilágításának online mérésével megállapítottuk, hogy a tokozási anyag tönkremeneteli törvénye milyen hatással van a LED-minták megbízhatóságára magas hőmérsékleti körülmények között.
1. Kísérlet Tipikus nagy-megbízhatóságú elektronikai termékként a LED-ek élettartama szobahőmérsékleten több év is lehet. A hagyományos körülmények között végzett tesztelés túl időigényes- és költséges lenne. Az Arrhenius modell szerint a LED-modulok élettartama a hőmérséklet emelkedésével csökken. Ezért a környezeti hőmérséklet növelése felgyorsíthatja a LED-modulok meghibásodását. A kísérletben kiválasztott LED-minták releváns teljesítményparaméterei és a korábbi tesztek eredményei alapján egy állandó-hőmérsékletű, magas-hőmérsékletű öregedési tesztet végeztünk 125 fokon. A LED-ek meghibásodásának fő megnyilvánulásai a következők: a megvilágítás 30%-os csökkenése, villogás és a LED teljes meghibásodása (azaz a teljes kioltás). Ezért ahhoz, hogy feltárjuk a LED-modulok meghibásodási viselkedését magas hőmérsékleti körülmények között, meg kell értenünk a LED-megvilágítás időbeli változásának mintázatát. A hagyományos offline tesztelési módszerek megkövetelik a minta eltávolítását a teszteléshez, ami megszakítja a kísérletet és jelentősen befolyásolja az adatok pontosságát. Ezért ez a tanulmány egy online mérési módszert alkalmaz a megvilágítás időbeli változásának valós időben történő nyomon követésére.
1.1 Kísérleti eljárás
A kísérleti eljárást az 1. ábra mutatja. A mintát a tesztkamrába helyezzük a tesztelés érdekében. A megvilágítási jelét optikai szálon keresztül egy megvilágításmérőhöz továbbítják. A megvilágításmérő a fényjelet elektromos jellé alakítja, és továbbítja az adatgyűjtő eszközhöz. A megszerzett adatokat mintavevő szoftver segítségével számítógépen gyűjtik össze. Ez a rendszer valós időben képes észlelni a modul megvilágításának változásait a kísérlet megszakítása nélkül; ezért a kísérleti adatok pontossága nagyobb, mint a megszakított vizsgálati módszereké.
1 - ábra: Tanulmány a LED-modulok csomagolóanyagainak meghibásodásáról magas hőmérsékletű-hőmérsékletű öregedési körülmények között
Az adatgyűjtő berendezés tartalmazott egy teljesen digitális, többcsatornás megvilágításmérőt{0}} és a támogató szoftvert, valamint az optikai szálakat és az optikai szál bilincseket. A tápegység állandó áramforrás volt, amely 350 mA áramot biztosított a LED-minták számára. A magas-hőmérsékletű öregedési tesztkamra a Ruikai Instruments RK-TH-408UF magas és alacsony hőmérsékletű ciklusos tesztkamra volt, 125 fokos hőmérséklettel.
1.2 Tesztminták
A 2. ábrán látható módon négyféle vizsgálati minta volt. Balról jobbra ezek a következők: egy kék LED-es tiszta chip minta (a továbbiakban: tiszta chip minta), egy kék LED-es chip szilikonnal (a továbbiakban: szilikonminta), egy fehér LED-minta foszforral és szilikonnal (a továbbiakban: foszfor-LED-minta) és egy fehér szilícium-foszfor minta. mint a foszfor minta). Ezek a minták mind LED-modulok, amelyek hordozója zafír, és szilikon vagy foszfor segítségével vezetőképes hordozóra van tokozva.
1 - ábra Tanulmány a LED-modulok csomagolóanyagainak meghibásodásáról magas hőmérsékleten öregedési körülmények között
2. Eredmények és megbeszélés
2.1 Fényerő-felügyelet
A kísérlet során nem figyeltek meg villogó vagy halott LED-eket. Ezért egy LED-mintában a megvilágítás több mint 30%-os csökkenése hibának minősül. Négy típusú mintát vizsgáltunk egyszerre 125 fokban, mindegyik típushoz öt mintát választottak ki. Az egyes típusokhoz tartozó öt minta megvilágítását átlagoltuk, majd normalizáltuk, ahogy a 3. ábra mutatja. Az ábrán látható, hogy körülbelül 120 óra tesztelés után a tiszta chipminta megvilágítása körülbelül 8%-kal csökkent, míg a másik három minta megvilágítási csökkenése meghaladta a 30%-ot. A LED meghibásodásának megítélésére vonatkozó kritériumok szerint a szilikonminta, a foszfor-szilikon minta és a foszforminta nem sikerült.
1 - ábra Megvilágítási görbe
2.2 Megjelenési változások
A kísérlet után megfigyeltük a minták megjelenését. A minták megjelenése a kísérlet után a 4. ábrán látható.
1. ábra (a mellékelt képpel)
Kísérlet közzététele-
A képen különböző megjelenési változások láthatók a négy mintán: a tiszta forgácsminta csekély változást mutatott, a legkülső epoxigyanta lencsén csak csekély deformáció mutatkozott; a szilikonminta nyilvánvaló elszenesedést és buborékokat mutatott a közepén; a foszfor-szilikon minta nyilvánvaló buborékokat és kevésbé nyilvánvaló elszenedést mutatott a közepén; és a foszforminta epoxigyanta lencséje nyilvánvaló deformációt mutatott.
2.3 Eredmények elemzése
A kísérlet előtt a vizsgálati mintákat megvizsgálták, és megállapították, hogy mentesek karbonizációtól és buborékoktól, valamint a chip és a lencse tiszta és idegen anyagtól mentes. Magas hőmérsékletű, 125 fokos öregítési teszt után a szilikonmintában elszenesedés és buborékok jelentek meg, és a szilikon nélküli minta epoxigyanta lencséje deformálódott. A tiszta forgácsminta, amely nem használt szilikont vagy foszfort, mutatta a legkisebb változást és a legkisebb fénycsillapítást. 120 órás öregítés után a fénycsillapítás kevesebb, mint 10%. A sikertelenség megítélésének kritériumai szerint ez a mintatípus még nem bukott el. A csak szilikont használó szilikonminták és a csak foszfort használó foszforminták körülbelül 36 órás tesztelés után meghiúsultak. A különbség a következőkben rejlik: a meghibásodás előtt a szilikon minta megvilágítási csillapítási sebessége kisebb volt, mint a foszfor mintáé; azonban a meghibásodás után a szilikon minta megvilágítási csillapítási sebessége jelentősen felgyorsult, ami sokkal nagyobb megvilágítási csillapítást eredményezett 120 óra elteltével, mint a foszforminta. A szilikont és foszfort egyaránt használó foszfor-szilikonminták körülbelül 12 óra elteltével tönkrementek, és a megvilágítás csökkenése 120 óra elteltével elérte a 90%-ot. Összefoglalva a következő következtetéseket vonhatjuk le:
① A tiszta forgácsminták élettartama a leghosszabb. Ennek lehetséges oka az, hogy a forgácsminták zafír szubsztrátumot használtak szilikon vagy foszfor töltet nélkül, ami azt jelenti, hogy epoxigyanta lencséken kívül nem tartalmaztak kapszulázó anyagot. Ezért azonos vizsgálati idő- és hőmérsékleti feltételek mellett a kapszulázóanyaggal töltött szilikonminták, a foszforminták és a foszfor-szilikonminták mind meghibásodtak, míg a chipminták megvilágítása, bár csökkent, de nem érte el a 30%-ot.
② A szilikon és a fénypor hozzájárul a modul megvilágításának felgyorsult csökkenéséhez. A szilikon magas hőmérsékleten elszenesedik, gáz keletkezik, ezért észrevehető buborékok láthatók a vizsgált mintákon. A kék fényű mintákban észrevehető elszenesedés figyelhető meg, mivel a zafír szubsztrát feltárja a teljes chipet, így a karbonizáció közvetlenül megfigyelhető. A fehér fénymintákban azonban a chip külső rétegén lévő foszforbevonat eltakarja a karbonizációs folyamatot, ami észrevehető buborékokat és kevésbé nyilvánvaló elszenesedést eredményez. Ezenkívül a foszforbevonat akadályozhatja a LED-mintából a hőleadást, ami megnövekedett hőmérséklethez és csökkent megvilágításhoz vezethet. Ezért a fényporos mintában a megvilágítás csökkenése lényegesen nagyobb, mint a chipmintában.
③ 125 fokon az epoxigyanta a hő hatására kitágul. Amikor a tesztet leállítjuk és a mintákat szobahőmérsékletre hűtjük, az epoxigyanta a hőmérséklet csökkenése miatt összehúzódik, ami lencsedeformációt okoz az eltávolított mintákon. A lencse deformációja csökkenti a fényáteresztést, de ez nem okoz végzetes fénycsillapítást.
3. Következtetés A gyakori tokozási anyagok (például szilikon és foszfor) jelentős hatással vannak a LED-modulok megbízhatóságára. A kapszulázó anyagok hatásának vizsgálatához környezeti hőmérsékletként 125 fokot választottam. Egy online mérési módszert alkalmaztak az állandó-hőmérsékletű öregedési tesztek elvégzésére négy különböző mintán egyidejűleg, magas hőmérsékletű{5}}tesztkamrában. Az eredmények azt mutatják, hogy 125 fokos szögben a szilikon és foszfor nélküli LED-modul rendelkezik a leghosszabb élettartammal és nagy megbízhatósággal. A szilikon és a keletkező gázok elszenesedése, valamint a hőleadást akadályozó foszfor azonban felgyorsítja a megvilágítás csökkenését. A szilikon és a fénypor egyidejű használata gyors megvilágítási csökkenést okoz, ami a modul meghibásodásához vezet.
