LED-laitteiden valmistustekniikan jatkuvan parantamisen myötä sen valoteho, kirkkaus ja teho ovat parantuneet merkittävästi. LEDien valosähköinen muunnoshyötysuhde on kuitenkin edelleen vain noin 20 %, kun jäljellä oleva sähköenergia muunnetaan lämpöenergiaksi, jolloin komponenttien lämpötila nousee ja valotehokkuus laskee. Komponenttiosan kiinteänä osana kapselointimateriaali on vielä herkempi korkeille lämpötiloille. Siksi kotelomateriaalin aiheuttama vika on yksi tärkeimmistä syistä, jotka vaikuttavat koko LED-moduulin käyttöikään.
Tässä artikkelissa keskitytään LED-moduuleihin, joissa käytetään tavallisia silikoni- ja fosforikapselointimateriaaleja. Edustavat näytteet valittiin ja niille tehtiin ikääntymistestit korkeissa lämpötiloissa. Tavoitteena on analysoida kapselointimateriaalien vikakäyttäytymistä ja löytää niiden vikamekanismit. Mittaamalla näytteiden valaistusvoimakkuus verkossa, saatiin kotelointimateriaalin vikalain vaikutus LED-näytteiden luotettavuuteen korkean lämpötilan olosuhteissa.
1. Kokeilu Tyypillisinä erittäin-luotettavina elektronisina tuotteina LEDit voivat kestää useita vuosia huoneenlämmössä. Testaus tavanomaisissa olosuhteissa olisi liian aikaa-vievää ja kallista. Arrhenius-mallin mukaan LED-moduulien käyttöikä lyhenee lämpötilan noustessa. Siksi ympäristön lämpötilan nostaminen voi nopeuttaa LED-moduulien vikoja. Tässä kokeessa valittujen LED-näytteiden asianmukaisten suorituskykyparametrien ja aiempien testien tulosten perusteella suoritettiin vakio-lämpötilan korkean lämpötilan-vanhenemistesti 125 asteessa. LED-vian tärkeimpiä ilmenemismuotoja ovat: valaistuksen väheneminen 30 %, välkkyminen ja täydellinen LED-vika (eli täydellinen sammuminen). Siksi, jotta voit tutkia LED-moduulien vikakäyttäytymistä korkeissa lämpötiloissa, on ymmärrettävä LED-valaistuksen muutoskuvio ajan myötä. Perinteiset offline-testausmenetelmät edellyttävät näytteen poistamista testausta varten, mikä keskeyttää kokeen ja vaikuttaa merkittävästi datan tarkkuuteen. Siksi tässä artikkelissa käytetään online-mittausmenetelmää valaistuksen ajan muutosten seuraamiseksi reaaliajassa.
1.1 Kokeellinen menettely
Kokeellinen menettely on esitetty kuvassa 1. Näyte asetetaan testikammioon testausta varten. Sen valaistusvoimakkuussignaali välitetään valokuidun kautta valaistusvoimamittarille. Valaistusvoimakkuusmittari muuntaa valosignaalin sähköiseksi signaaliksi ja välittää sen tunnistuslaitteeseen. Hankitut tiedot kerätään tietokoneelle näytteenottoohjelmistolla. Tämä järjestelmä voi havaita muutokset moduulin valaistuksessa reaaliajassa keskeyttämättä koetta; siksi kokeellisten tietojen tarkkuus on suurempi kuin keskeytetyillä testausmenetelmillä.
Kuva 1 - Tutkimus LED-moduulien pakkausmateriaalien epäonnistumisesta korkean lämpötilan ikääntymisolosuhteissa{1}}
Tiedonkeruulaitteet sisälsivät täysin digitaalisen monikanavaisen valaistusmittarin ja tukiohjelmiston, valokuitu- ja valokuitupuristimet. Virtalähde oli vakiovirtalähde, joka antoi 350 mA virtaa LED-näytteille. Korkean lämpötilan ikääntymistestikammiona käytettiin Ruikai Instruments RK-TH-408UF korkean ja matalan lämpötilan kiertotestikammiota, jonka lämpötila säädettiin 125 asteeseen.
1.2 Testinäytteet
Testinäytteitä oli neljää tyyppiä, kuten kuvassa 2. Vasemmalta oikealle ne ovat: sininen LED-puhdas sirunäyte (jäljempänä puhdas sirunäyte), sininen LED-siru silikonilla (jäljempänä silikoninäyte), valkoinen LED-näyte, jossa on fosfori ja silikoni (jäljempänä lyhenne fosfori-LED-näytenäyte fosforifosfori). fosforinäytteeksi). Nämä näytteet ovat kaikki LED-moduuleja, joissa on safiiri substraattina ja jotka on kapseloitu johtavalle alustalle silikonilla tai fosforilla.
Kuva 1 - Tutkimus LED-moduulien pakkausmateriaalien epäonnistumisesta korkean lämpötilan ikääntymisolosuhteissa
2. Tulokset ja keskustelu
2.1 Valaistuksen valvonta
Kokeen aikana ei havaittu välkkyviä tai kuolleita LEDejä. Siksi yli 30 %:n valaistuksen lasku LED-näytteessä pidettiin epäonnistumisena. Neljän tyyppisiä näytteitä testattiin samanaikaisesti 125 asteessa, ja jokaiselle tyypille valittiin viisi näytettä. Jokaisen tyypin viiden näytteen valaistusvoimakkuus laskettiin keskiarvoon ja normalisoitiin, kuten kuvassa 3 on esitetty. Kuvasta näkyy, että noin 120 tunnin testauksen jälkeen puhtaan sirunäytteen valaistusvoimakkuus laski noin 8 %, kun taas kolmen muun näytteen valaistuksen lasku ylitti 30 %. LED-vian arvioinnin kriteerien mukaan silikoninäyte, fosforisilikoninäyte ja fosforinäyte epäonnistuivat.
Kuva 1 - Valaistuskäyrä
2.2 Ulkoasun muutokset
Näytteiden ulkonäköä tarkkailtiin kokeen jälkeen. Näytteiden ulkonäkö kokeen jälkeen on esitetty kuvassa 4.
Kuva 1 (mukana oleva kuva)
Lähetä-kokeilu
Kuvassa näkyy erilaisia ulkonäön muutoksia neljässä näytteessä: puhtaassa lastunäytteessä oli vain vähän muutosta, ja uloimman epoksihartsilinssin muodonmuutos oli vain vähäinen; silikoninäytteessä oli selvää hiiltymistä ja kuplia keskellä; fosforisilikoninäytteessä oli ilmeisiä kuplia ja hieman vähemmän ilmeistä hiiltymistä keskellä; ja loisteainenäytteen epoksihartsilinssi osoitti ilmeistä muodonmuutosta.
2.3 Tulosanalyysi
Ennen koetta koenäytteet tarkastettiin ja niiden todettiin olevan hiilihapottomia ja kuplia, ja siru ja linssi olivat puhtaita ja vailla vieraita aineita. 125 asteessa suoritetun korkean lämpötilan vanhentamistestin jälkeen silikoninäytteeseen ilmestyi hiiltymistä ja kuplia, ja silikonittoman näytteen epoksihartsilinssi muuttui. Puhtaalla lastunäytteellä, jossa ei käytetty silikonia tai fosforia, oli vähiten muutos ja vähiten valon vaimennus. 120 tunnin vanhentamisen jälkeen valon vaimennus oli alle 10 %. Epäonnistumisen arviointikriteerien mukaan tämäntyyppinen näyte ei ole vielä epäonnistunut. Silikoninäytteet, joissa käytettiin vain silikonia, ja fosforinäytteet, joissa käytettiin vain fosforia, epäonnistuivat noin 36 tunnin testauksen jälkeen. Ero oli seuraavista: ennen vikaa silikoninäytteen valaistuksen vaimenemisnopeus oli pienempi kuin fosforinäytteen; kuitenkin vian jälkeen silikoninäytteen valaistuksen vaimenemisnopeus kiihtyi merkittävästi, mikä johti paljon suurempaan valaistuksen heikkenemiseen 120 tunnin jälkeen verrattuna loisteainenäytteeseen. Fosfori-silikoninäytteet, joissa käytettiin sekä silikonia että fosforia, epäonnistuivat noin 12 tunnin kuluttua, ja valaistuksen heikkeneminen oli 90 % 120 tunnin kuluttua. Yhteenvetona voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:
① Puhtailla lastunäytteillä oli pisin käyttöikä. Mahdollinen syy on se, että lastunäytteissä käytettiin safiirialustaa ilman silikoni- tai loisteainetäyttöä, eli ne eivät sisältäneet muuta kapselointimateriaalia kuin epoksihartsilinssejä. Siksi samoissa testausaika- ja lämpötilaolosuhteissa kapselointimateriaalilla täytetyt silikoninäytteet, fosforinäytteet ja fosfori-silikoninäytteet epäonnistuivat, kun taas sirunäytteiden valaistus, vaikka se laski, ei saavuttanut 30 %:a.
② Silikoni ja fosfori edistävät kiihdytettyä valaistuksen heikkenemistä moduulissa. Silikoni hiiltyy korkeissa lämpötiloissa tuottaen kaasua, minkä vuoksi testatuissa näytteissä näkyy havaittavia kuplia. Sinisen valon näytteissä havaitaan huomattavaa hiiltymistä, koska safiirisubstraatti paljastaa koko sirun, mikä tekee hiiltymisestä suoraan havaittavissa. Kuitenkin valkoisissa valonäytteissä sirun ulkokerroksen fosforipinnoite peittää hiiltymisprosessin, mikä johtaa havaittaviin kupliin ja vähemmän ilmeiseen hiiltymiseen. Lisäksi fosforipinnoite voi estää lämmön haihtumista LED-näytteestä, mikä johtaa lämpötilan nousuun ja valaistuksen heikkenemiseen. Siksi valaistuksen lasku loisteainenäytteessä on merkittävästi suurempi kuin sirunäytteessä.
③ 125 asteessa epoksihartsi laajenee lämmön vaikutuksesta. Kun testi lopetetaan ja näytteet jäähdytetään huoneenlämpöön, epoksihartsi supistuu lämpötilan laskun seurauksena aiheuttaen linssin muodonmuutoksia poistetuissa näytteissä. Linssin muodonmuutos vähentää valon läpäisyä, mutta tämä ei aiheuta kohtalokasta valon vaimenemista.
3. Johtopäätös Yleisillä kotelointimateriaaleilla (kuten silikonilla ja fosforilla) on merkittävä vaikutus LED-moduulien luotettavuuteen. Kapselointimateriaalien vaikutuksen tutkimiseksi ympäristön lämpötilaksi valittiin 125 astetta. Online-mittausmenetelmää käytettiin jatkuvan-lämpötilan ikääntymistestien suorittamiseen neljällä eri näytteellä samanaikaisesti korkean lämpötilan testikammiossa. Tulokset osoittavat, että 125 asteen kulmassa LED-moduulilla ilman silikonia ja fosforia on pisin käyttöikä ja korkea luotettavuus. Silikonin ja syntyvien kaasujen hiiltyminen sekä lämmön haihtumista estävä fosfori kuitenkin nopeuttavat valaistuksen heikkenemistä. Sekä silikonin että loisteaineen käyttö samanaikaisesti aiheuttaa valaistuksen nopean heikkenemisen, mikä johtaa moduulin vikaantumiseen.
