Nuolat tobulinant LED prietaisų gamybos technologiją, žymiai pagerėjo jo šviesos efektyvumas, ryškumas ir galia. Tačiau šviesos diodų fotoelektrinės konversijos efektyvumas vis dar yra tik apie 20%, o likusi elektros energija paverčiama šilumos energija, todėl komponentų temperatūra pakyla, o šviesos efektyvumas mažėja. Kaip sudedamoji komponento dalis, kapsuliavimo medžiaga yra dar jautresnė aukštai temperatūrai. Todėl gedimas dėl kapsulės medžiagos yra viena iš pagrindinių priežasčių, turinčių įtakos viso LED modulio eksploatavimo trukmei.
Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas LED moduliams, naudojant įprastas silikono ir fosforo kapsuliavimo medžiagas. Buvo atrinkti reprezentatyvūs mėginiai ir atlikti senėjimo bandymai aukštos temperatūros sąlygomis. Tikslas – išanalizuoti kapsulių medžiagų gedimo elgseną ir rasti jų gedimo mechanizmus. Išmatavus pavyzdžių apšvietimą internete, buvo gautas gaubtinės medžiagos gedimo įstatymo įtaka šviesos diodų pavyzdžių patikimumui aukštoje -temperatūroje.
1. Eksperimentas Kaip tipiškas didelio-patikimumo elektroninis gaminys, šviesos diodai kambario temperatūroje gali tarnauti kelerius metus. Bandymas įprastomis sąlygomis užtruktų per daug{3}}ir daug laiko. Pagal Arrhenius modelį LED modulių tarnavimo laikas mažėja didėjant temperatūrai. Todėl padidinus aplinkos temperatūrą galima pagreitinti LED modulių gedimą. Remiantis atitinkamais šiame eksperimente atrinktų šviesos diodų pavyzdžių veikimo parametrais ir ankstesnių bandymų rezultatais, buvo atliktas pastovios-temperatūrinės aukštos{8} temperatūros senėjimo bandymas 125 laipsnių kampu. Pagrindinės šviesos diodų gedimo apraiškos yra: 30 % apšvietimo sumažėjimas, mirgėjimas ir visiškas šviesos diodo gedimas (ty visiškas užgesimas). Todėl norint ištirti LED modulių gedimo elgseną esant aukštai temperatūrai, būtina suprasti šviesos diodų apšvietimo pokyčių modelį laikui bėgant. Taikant tradicinius testavimo neprisijungus metodus, mėginys turi būti pašalintas, o tai nutraukia eksperimentą ir labai paveikia duomenų tikslumą. Todėl šiame dokumente naudojamas internetinis matavimo metodas, skirtas stebėti apšvietimo pokyčius laikui bėgant realiuoju laiku.
1.1 Eksperimento procedūra
Eksperimentinė procedūra parodyta 1 paveiksle. Mėginys dedamas į bandymo kamerą, kad būtų galima atlikti bandymą. Jo apšvietimo signalas optiniu pluoštu perduodamas į apšvietimo matuoklį. Apšviestumo matuoklis šviesos signalą paverčia elektriniu signalu ir perduoda jį į matavimo įrenginį. Gauti duomenys surenkami kompiuteryje, naudojant atrankos programinę įrangą. Ši sistema gali aptikti modulio apšvietimo pokyčius realiu laiku, nenutraukdama eksperimento; todėl eksperimentinių duomenų tikslumas yra didesnis nei pertraukto tyrimo metodų.
1 - pav. Šviesos diodų modulių pakavimo medžiagų gedimo senėjimo aukštoje temperatūroje{1}} tyrimas
Duomenų surinkimo įranga apėmė visiškai skaitmeninį kelių{0}}kanalių apšvietimo matuoklį ir pagalbinę programinę įrangą, optinio pluošto ir optinio pluošto spaustukus. Maitinimo šaltinis buvo nuolatinės srovės šaltinis, tiekiantis 350 mA srovę LED pavyzdžiams. Naudota aukšta -temperatūra senėjimo bandymo kamera buvo Ruikai Instruments RK-TH-408UF aukštos ir žemos temperatūros ciklo bandymo kamera, kurios temperatūra buvo kontroliuojama 125 laipsnių.
1.2 Bandymo pavyzdžiai
Buvo keturių tipų tiriamieji pavyzdžiai, kaip parodyta 2 paveiksle. Iš kairės į dešinę jie yra: mėlynas LED gryno lusto pavyzdys (toliau – gryno lusto pavyzdys), mėlynas LED lustas su silikonu (toliau – silikono pavyzdys), baltas šviesos diodų pavyzdys su fosforu ir silikonu (toliau – pavyzdinis su fosforu ir silikonu (toliau – pavyzdinis šviesos diodas su fosforu) ir baltas šviesos diodo fosforo pavyzdys kaip fosforo mėginys). Visi šie pavyzdžiai yra LED moduliai, kurių pagrindas yra safyras, uždengti ant laidžiojo pagrindo naudojant silikoną arba fosforą.
1 - pav. LED modulių pakavimo medžiagų gedimo senstant aukštai temperatūrai tyrimas
2. Rezultatai ir aptarimas
2.1 Apšvietimo stebėjimas
Eksperimento metu nebuvo pastebėta mirgančių ar mirusių šviesos diodų. Todėl šviesos diodo pavyzdžio apšvietimo sumažėjimas daugiau nei 30% buvo laikomas gedimu. Keturių tipų mėginiai buvo išbandyti vienu metu 125 laipsnių kampu, kiekvienam tipui atrinkus penkis mėginius. Penkių kiekvieno tipo pavyzdžių apšviestumas buvo apskaičiuotas ir tada normalizuotas, kaip parodyta 3 paveiksle. Paveikslėlyje parodyta, kad po maždaug 120 valandų bandymo gryno lusto mėginio apšvietimas sumažėjo maždaug 8%, o kitų trijų pavyzdžių apšvietimo sumažėjimas viršijo 30%. Pagal LED gedimo vertinimo kriterijus, silikono mėginys, fosforo silikono mėginys ir fosforo mėginys sugedo.
1 - pav. Apšvietimo kreivė
2.2 Išvaizdos pokyčiai
Mėginių išvaizda buvo stebima po eksperimento. Mėginių išvaizda po eksperimento parodyta 4 paveiksle.
1 paveikslas (su pridedamu vaizdu)
Paskelbkite{0}}eksperimentą
Paveikslėlyje matyti skirtingi keturių mėginių išvaizdos pokyčiai: grynas drožlių mėginys mažai pakito, tik nežymiai deformavosi atokiausias epoksidinės dervos lęšis; silikono pavyzdyje buvo akivaizdus karbonizavimas ir burbuliukai viduryje; fosforo silikono mėginyje buvo akivaizdžių burbuliukų ir šiek tiek mažiau akivaizdžios karbonizacijos viduryje; o fosforo mėginio epoksidinės dervos lęšis parodė akivaizdžią deformaciją.
2.3 Rezultatų analizė
Prieš eksperimentą tiriamieji mėginiai buvo patikrinti ir nustatyta, kad juose nėra karbonizacijos ir burbuliukų, o lustas ir lęšis buvo švarūs ir be pašalinių medžiagų. Atlikus senėjimo aukštą -temperatūrą 125 laipsnių kampu, silikono mėginyje atsirado karbonizacija ir burbuliukai, o mėginio be silikono epoksidinės dervos lęšis deformavosi. Grynas drožlių mėginys, kuriame nebuvo naudojamas silikonas ar fosforas, parodė mažiausiai pokyčių ir mažiausiai šviesos slopinimo. Po 120 valandų senėjimo šviesos susilpnėjimas buvo mažesnis nei 10%. Remiantis nesėkmės vertinimo kriterijais, tokio tipo pavyzdys dar nebuvo žlugęs. Silikoniniai mėginiai, naudojant tik silikoną, ir fosforo mėginiai, naudojant tik fosforą, sugedo po maždaug 36 valandų bandymo. Skirtumas buvo toks: prieš gedimą silikono mėginio apšvietimo mažėjimo greitis buvo mažesnis nei fosforo mėginio; tačiau po gedimo silikono mėginio apšvietimo smukimo greitis gerokai paspartėjo, todėl po 120 valandų apšvietimo smukimas buvo daug didesnis, palyginti su fosforo mėginiu. Fosforo-silikono mėginiai, kuriuose buvo naudojamas ir silikonas, ir fosforas, sugedo maždaug po 12 valandų, o apšvietimo smukimas pasiekė 90 % po 120 valandų. Apibendrinant galima padaryti tokias išvadas:
① Grynųjų drožlių pavyzdžiai buvo ilgiausi. Galima priežastis yra ta, kad drožlių mėginiuose buvo naudojamas safyro substratas be silikono ar fosforo užpildo, o tai reiškia, kad juose nebuvo jokios kapsuliavimo medžiagos, išskyrus epoksidinės dervos lęšius. Todėl tomis pačiomis bandymo laiko ir temperatūros sąlygomis silikono mėginiai, užpildyti kapsuliavimo medžiaga, fosforo mėginiai ir fosforo -silikono pavyzdžiai, nepavyko, o lustų pavyzdžių apšvietimas, nors ir mažėjo, nepasiekė 30%.
② Silikonas ir fosforas prisideda prie spartesnio apšvietimo mažėjimo modulyje. Silikonas karbonizuojasi aukštoje temperatūroje, gamindamas dujas, todėl tirtuose mėginiuose matomi pastebimi burbuliukai. Mėlynos šviesos mėginiuose pastebima karbonizacija, nes safyro substratas atskleidžia visą lustą, todėl karbonizacija yra tiesiogiai stebima. Tačiau baltos šviesos pavyzdžiuose fosforo danga ant išorinio lusto sluoksnio užstoja karbonizacijos procesą, todėl susidaro pastebimi burbuliukai ir ne tokia akivaizdi karbonizacija. Be to, fosforo danga gali trukdyti šilumai išsklaidyti LED pavyzdį, todėl gali padidėti temperatūra ir sumažėti apšvietimas. Todėl fosforo mėginio apšvietimo sumažėjimas yra žymiai didesnis nei lusto mėginyje.
③ Esant 125 laipsnių temperatūrai, epoksidinė derva plečiasi dėl karščio. Kai bandymas sustabdomas ir mėginiai atšaldomi iki kambario temperatūros, dėl temperatūros kritimo epoksidinė derva susitraukia, todėl pašalintų mėginių lęšis deformuojasi. Lęšio deformacija sumažina šviesos pralaidumą, tačiau tai nesukelia mirtino šviesos susilpnėjimo.
3. Išvada Įprastos kapsuliavimo medžiagos (pvz., silikonas ir fosforas) turi didelę įtaką LED modulių patikimumui. Norint ištirti kapsuliuojančių medžiagų įtaką, aplinkos temperatūra buvo pasirinkta 125 laipsniai. Internetinis matavimo metodas buvo naudojamas atliekant pastovios-temperatūrinės senėjimo bandymus su keturiais skirtingais mėginiais vienu metu aukštos-temperatūros bandymo kameroje. Rezultatai rodo, kad 125 laipsnių kampu LED modulis be silikono ir fosforo turi ilgiausią tarnavimo laiką ir didelį patikimumą. Tačiau silikono karbonizacija ir susidarančios dujos, taip pat fosforas, trukdantis šilumai išsklaidyti, pagreitina apšvietimo mažėjimą. Vienu metu naudojant ir silikoną, ir fosforą, apšvietimas greitai sumažės, o tai sukels modulio gedimą.
