Nepārtraukti uzlabojot LED ierīču ražošanas tehnoloģiju, ir ievērojami uzlabota tās gaismas efektivitāte, spilgtums un jauda. Tomēr gaismas diožu fotoelektriskās pārveidošanas efektivitāte joprojām ir tikai aptuveni 20%, atlikušo elektroenerģiju pārvēršot siltumenerģijā, izraisot komponentu temperatūras paaugstināšanos un gaismas efektivitātes samazināšanos. Kā komponenta neatņemama sastāvdaļa iekapsulēšanas materiāls ir vēl jutīgāks pret augstām temperatūrām. Tāpēc iekapsulēšanas materiāla izraisīta kļūme ir viens no galvenajiem iemesliem, kas ietekmē visa LED moduļa kalpošanas laiku.
Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta LED moduļiem, kuros izmantoti parastie silikona un fosfora iekapsulēšanas materiāli. Tika atlasīti reprezentatīvi paraugi un pakļauti novecošanas testiem augstas temperatūras apstākļos. Mērķis ir analizēt iekapsulēšanas materiālu atteices uzvedību un atrast to atteices mehānismus. Mērot paraugu apgaismojumu tiešsaistē, tika iegūta iekapsulēšanas materiāla atteices likuma ietekme uz LED paraugu uzticamību augstas temperatūras apstākļos.
1. Eksperiments Kā tipisks augstas -uzticamības elektroniskais izstrādājums, gaismas diodes var kalpot vairākus gadus istabas temperatūrā. Testēšana parastos apstākļos būtu pārāk laikietilpīga{3}}un dārga. Saskaņā ar Arrhenius modeli LED moduļu kalpošanas laiks samazinās, palielinoties temperatūrai. Tāpēc apkārtējās vides temperatūras paaugstināšana var paātrināt LED moduļu atteici. Pamatojoties uz šajā eksperimentā atlasīto LED paraugu attiecīgajiem veiktspējas parametriem un iepriekšējo pārbaužu rezultātiem, tika veikts pastāvīgas-temperatūras augstas-temperatūras novecošanas tests 125 grādos. Galvenās LED atteices izpausmes ir: apgaismojuma samazināšanās par 30%, mirgošana un pilnīga LED atteice (ti, pilnīga dzēšana). Tāpēc, lai izpētītu LED moduļu darbības traucējumus augstas temperatūras apstākļos, ir jāsaprot LED apgaismojuma izmaiņu modelis laika gaitā. Tradicionālās bezsaistes testēšanas metodes prasa noņemt paraugu testēšanai, kas pārtrauc eksperimentu un būtiski ietekmē datu precizitāti. Tāpēc šajā rakstā ir izmantota tiešsaistes mērīšanas metode, lai reāllaikā uzraudzītu apgaismojuma izmaiņas laika gaitā.
1.1. Eksperimenta procedūra
Eksperimentālā procedūra ir parādīta 1. attēlā. Paraugu ievieto testa kamerā, lai veiktu testēšanu. Tās apgaismojuma signāls tiek pārraidīts uz apgaismojuma mērītāju, izmantojot optisko šķiedru. Apgaismojuma mērītājs pārvērš gaismas signālu elektriskajā signālā un pārraida to uz uztveršanas ierīci. Iegūtie dati tiek savākti datorā, izmantojot izlases programmatūru. Šī sistēma var noteikt moduļa apgaismojuma izmaiņas reāllaikā, nepārtraucot eksperimentu; tāpēc eksperimentālo datu precizitāte ir augstāka nekā pārtraukto testēšanas metožu precizitāte.
Attēls 1 -. Pētījums par LED moduļu iepakojuma materiālu kļūmēm augstas{1}}temperatūras novecošanas apstākļos
Datu iegūšanas aprīkojumā bija pilnībā digitāls daudzkanālu apgaismojuma mērītājs un atbalsta programmatūra, optiskās šķiedras un optiskās šķiedras skavas. Barošanas avots bija pastāvīgs strāvas avots, nodrošinot 350 mA strāvu LED paraugiem. Augstas -temperatūras novecošanas testa kamera bija Ruikai Instruments RK-TH-408UF augstas un zemas temperatūras cikla testa kamera, kuras temperatūra tika kontrolēta uz 125 grādiem.
1.2 Pārbaudes paraugi
Bija četru veidu testa paraugi, kā parādīts 2. attēlā. No kreisās puses uz labo tie ir: zils LED tīras mikroshēmas paraugs (turpmāk tekstā – tīrs mikroshēmas paraugs), zils LED mikroshēma ar silikonu (turpmāk – silikona paraugs), balts LED paraugs ar fosforu un silikonu (turpmāk tekstā – paraugs ar fosforu) un baltā gaismas diodes paraugs ar fosforu. uz kā fosfora paraugu). Visi šie paraugi ir LED moduļi ar safīru kā substrātu, kas ir iekapsulēti uz vadoša substrāta, izmantojot silikonu vai fosforu.
1 - attēls. Pētījums par LED moduļu iepakojuma materiālu kļūmēm novecošanas apstākļos augstā temperatūrā
2. Rezultāti un diskusija
2.1. Apgaismojuma uzraudzība
Eksperimenta laikā netika novērotas mirgojošas vai mirušas gaismas diodes. Tāpēc apgaismojuma samazināšanās par vairāk nekā 30% LED paraugā tika uzskatīta par kļūmi. Četru veidu paraugi tika pārbaudīti vienlaicīgi 125 grādu leņķī, katram tipam atlasot piecus paraugus. Katra veida piecu paraugu apgaismojums tika aprēķināts vidēji un pēc tam normalizēts, kā parādīts 3. attēlā. Attēlā redzams, ka pēc aptuveni 120 stundu ilgas testēšanas tīrā mikroshēmas parauga apgaismojums samazinājās par aptuveni 8%, bet pārējo trīs paraugu apgaismojuma samazinājums pārsniedza 30%. Saskaņā ar kritērijiem, lai novērtētu LED kļūmi, silikona paraugs, fosfora silikona paraugs un fosfora paraugs neizdevās.
Attēls 1 - Apgaismojuma līkne
2.2. Izskata izmaiņas
Pēc eksperimenta tika novērots paraugu izskats. Paraugu izskats pēc eksperimenta ir parādīts 4. attēlā.
1. attēls (ar pievienoto attēlu)
Publicējiet{0}}eksperimentu
Attēlā redzamas atšķirīgas izskata izmaiņas četros paraugos: tīrā šķembu paraugā bija nelielas izmaiņas, tikai ar nelielu epoksīda sveķu lēcas tālāko deformāciju; silikona paraugam bija acīmredzama karbonizācija un burbuļi vidū; fosfora silikona paraugam bija acīmredzami burbuļi un nedaudz mazāk acīmredzama karbonizācija vidū; un fosfora parauga epoksīdsveķu lēca uzrādīja acīmredzamu deformāciju.
2.3. Rezultātu analīze
Pirms eksperimenta testa paraugi tika pārbaudīti un tika konstatēti bez karbonizācijas un burbuļiem, un mikroshēma un lēca bija tīras un bez svešķermeņiem. Pēc augstas-temperatūras novecošanas testa 125 grādos silikona paraugā parādījās karbonizācija un burbuļi, un parauga bez silikona epoksīdsveķu lēca tika deformēta. Tīrā skaidu paraugā, kurā netika izmantots silikons vai fosfors, bija vismazākās izmaiņas un vismazākā gaismas vājināšanās. Pēc 120 h novecošanas gaismas vājināšanās bija mazāka par 10%. Saskaņā ar neveiksmju vērtējuma kritērijiem šāda veida izlase vēl nav cietusi neveiksmi. Silikona paraugi, kuros izmantots tikai silikons, un fosfora paraugi, kuros izmanto tikai fosforu, neizdevās pēc aptuveni 36 stundu ilgas pārbaudes. Atšķirība bija šāda: pirms atteices silikona parauga apgaismojuma samazināšanās ātrums bija mazāks nekā fosfora paraugam; tomēr pēc kļūmes silikona parauga apgaismojuma samazināšanās ātrums ievērojami paātrinājās, izraisot daudz lielāku apgaismojuma samazināšanos pēc 120 stundām, salīdzinot ar fosfora paraugu. Fosfora -silikona paraugi, kuros izmanto gan silikonu, gan fosforu, neizdevās pēc aptuveni 12 stundām, un apgaismojuma samazināšanās sasniedza 90% pēc 120 stundām. Rezumējot, var izdarīt šādus secinājumus:
① Tīriem skaidu paraugiem bija visilgākais kalpošanas laiks. Iespējamais iemesls ir tas, ka skaidu paraugos tika izmantots safīra substrāts bez silikona vai fosfora pildījuma, kas nozīmē, ka tajos nebija citu iekapsulēšanas materiālu, izņemot epoksīdsveķu lēcas. Tāpēc vienādos testēšanas laika un temperatūras apstākļos silikona paraugi, kas pildīti ar iekapsulēšanas materiālu, fosfora paraugi un fosfora-silikona paraugi, neizdevās, savukārt mikroshēmu paraugu apgaismojums, lai arī samazinājās, nesasniedza 30%.
② Silikons un fosfors veicina paātrinātu apgaismojuma samazināšanos modulī. Silikons karbonizējas augstā temperatūrā, radot gāzi, tāpēc pārbaudītajos paraugos ir redzami manāmi burbuļi. Zilās gaismas paraugos tiek novērota ievērojama karbonizācija, jo safīra substrāts atklāj visu mikroshēmu, padarot karbonizāciju tieši novērojamu. Tomēr baltās gaismas paraugos mikroshēmas ārējā slāņa fosfora pārklājums aizēno karbonizācijas procesu, kā rezultātā rodas pamanāmi burbuļi un mazāk acīmredzama karbonizācija. Turklāt fosfora pārklājums var kavēt siltuma izkliedi no LED parauga, izraisot temperatūras paaugstināšanos un apgaismojuma samazināšanos. Tāpēc apgaismojuma samazinājums fosfora paraugā ir ievērojami lielāks nekā mikroshēmas paraugā.
③ Pie 125 grādiem epoksīda sveķi izplešas karstuma ietekmē. Pārtraucot testu un paraugus atdzesējot līdz istabas temperatūrai, epoksīda sveķi saraujas temperatūras krituma dēļ, izraisot izņemto paraugu lēcas deformāciju. Lēcas deformācija samazina gaismas caurlaidību, taču tas neizraisa fatālu gaismas vājināšanos.
3. Secinājums Parastie iekapsulēšanas materiāli (piemēram, silikons un fosfors) būtiski ietekmē LED moduļu uzticamību. Lai izpētītu iekapsulēšanas materiālu ietekmi, kā apkārtējās vides temperatūra tika izvēlēta 125 grādi. Tiešsaistes mērīšanas metode tika izmantota, lai veiktu pastāvīgas-temperatūras novecošanas testus četriem dažādiem paraugiem vienlaikus augstas-temperatūras pārbaudes kamerā. Rezultāti liecina, ka pie 125 grādiem LED modulim bez silikona un fosfora ir visilgākais kalpošanas laiks un augsta uzticamība. Tomēr silikona un no tā izrietošo gāzu karbonizācija, kā arī fosfors, kas kavē siltuma izkliedi, paātrina apgaismojuma samazināšanos. Vienlaicīga gan silikona, gan fosfora izmantošana izraisīs strauju apgaismojuma samazināšanos, izraisot moduļa atteici.
