Με τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας κατασκευής συσκευών LED, η φωτεινή απόδοση, η φωτεινότητα και η ισχύς της έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Ωστόσο, η απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής των LED εξακολουθεί να είναι μόνο περίπου 20%, με την υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια να μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας του εξαρτήματος και μείωση της φωτεινής απόδοσης. Ως αναπόσπαστο μέρος του εξαρτήματος, το υλικό ενθυλάκωσης είναι ακόμη πιο ευαίσθητο στις υψηλές θερμοκρασίες. Επομένως, η αστοχία που προκαλείται από το υλικό ενθυλάκωσης είναι ένας από τους κύριους λόγους που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής ολόκληρης της μονάδας LED.
Αυτή η εργασία εστιάζει σε μονάδες LED που χρησιμοποιούν κοινά υλικά ενθυλάκωσης σιλικόνης και φωσφόρου. Επιλέχθηκαν αντιπροσωπευτικά δείγματα και υποβλήθηκαν σε δοκιμές γήρανσης υπό συνθήκες υψηλών-θερμοκρασιών. Στόχος είναι η ανάλυση της συμπεριφοράς αστοχίας των υλικών ενθυλάκωσης και η εύρεση των μηχανισμών αστοχίας τους. Με τη μέτρηση της φωτεινότητας των δειγμάτων στο Διαδίκτυο, λήφθηκε ο αντίκτυπος του νόμου αστοχίας του υλικού ενθυλάκωσης στην αξιοπιστία των δειγμάτων LED σε συνθήκες υψηλής{4} θερμοκρασίας.
1. Πειραματιστείτε Ως τυπικό ηλεκτρονικό προϊόν υψηλής-αξιοπιστίας, τα LED μπορεί να έχουν διάρκεια ζωής πολλών ετών σε θερμοκρασία δωματίου. Η δοκιμή υπό συμβατικές συνθήκες θα ήταν πολύ χρονοβόρα-και δαπανηρή. Σύμφωνα με το μοντέλο Arrhenius, η διάρκεια ζωής των μονάδων LED μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Επομένως, η αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος μπορεί να επιταχύνει την αστοχία των μονάδων LED. Με βάση τις σχετικές παραμέτρους απόδοσης των δειγμάτων LED που επιλέχθηκαν σε αυτό το πείραμα και τα αποτελέσματα προηγούμενων δοκιμών, πραγματοποιήθηκε δοκιμή γήρανσης σταθερής-υψηλής θερμοκρασίας-θερμοκρασίας στους 125 βαθμούς . Οι κύριες εκδηλώσεις της αστοχίας LED περιλαμβάνουν: μείωση κατά 30% στη φωτεινότητα, τρεμόπαιγμα και πλήρη αστοχία LED (δηλαδή, πλήρης κατάσβεση). Επομένως, για να διερευνήσετε τη συμπεριφορά αστοχίας των μονάδων LED σε συνθήκες υψηλής{15} θερμοκρασίας, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε το μοτίβο της αλλαγής του φωτισμού LED με την πάροδο του χρόνου. Οι παραδοσιακές μέθοδοι δοκιμής εκτός σύνδεσης απαιτούν την αφαίρεση του δείγματος για δοκιμή, γεγονός που διακόπτει το πείραμα και επηρεάζει σημαντικά την ακρίβεια των δεδομένων. Ως εκ τούτου, αυτό το έγγραφο υιοθετεί μια διαδικτυακή μέθοδο μέτρησης για την παρακολούθηση της αλλαγής της φωτεινότητας με την πάροδο του χρόνου σε πραγματικό χρόνο.
1.1 Πειραματική διαδικασία
Η πειραματική διαδικασία φαίνεται στο Σχήμα 1. Το δείγμα τοποθετείται στο θάλαμο δοκιμής για τροφοδοσία-κατά τη δοκιμή. Το σήμα του φωτισμού μεταδίδεται σε έναν μετρητή φωτισμού μέσω οπτικής ίνας. Ο μετρητής φωτισμού μετατρέπει το φωτεινό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα και το μεταδίδει στη συσκευή λήψης. Τα δεδομένα που λαμβάνονται συλλέγονται σε υπολογιστή με χρήση λογισμικού δειγματοληψίας. Αυτό το σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στη φωτεινότητα της μονάδας σε πραγματικό χρόνο χωρίς να διακόψει το πείραμα. Επομένως, η ακρίβεια των πειραματικών δεδομένων είναι υψηλότερη από αυτή των διακοπτόμενων μεθόδων δοκιμών.
Σχήμα 1 - Μελέτη σχετικά με την αστοχία υλικών συσκευασίας μονάδας LED σε συνθήκες γήρανσης υψηλής θερμοκρασίας-
Ο εξοπλισμός απόκτησης δεδομένων περιελάμβανε έναν πλήρως ψηφιακό μετρητή φωτισμού πολλαπλών- καναλιών και λογισμικό υποστήριξης, οπτικές ίνες και σφιγκτήρες οπτικών ινών. Το τροφοδοτικό ήταν μια πηγή σταθερού ρεύματος, παρέχοντας ρεύμα 350 mA στα δείγματα LED. Ο θάλαμος δοκιμής γήρανσης υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο θάλαμος δοκιμής ανακύκλωσης υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας Ruikai Instruments RK-TH-408UF, με ελεγχόμενη θερμοκρασία στους 125 βαθμούς .
1.2 Δείγματα δοκιμής
Υπήρχαν τέσσερις τύποι δειγμάτων δοκιμής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Από αριστερά προς τα δεξιά, είναι: ένα δείγμα καθαρού τσιπ μπλε LED (εφεξής το καθαρό δείγμα τσιπ), ένα μπλε τσιπ LED με σιλικόνη (εφεξής το δείγμα σιλικόνης), ένα λευκό δείγμα LED με φώσφορο και σιλικόνη (εφεξής το δείγμα LED με λευκό) ως δείγμα φωσφόρου). Αυτά τα δείγματα είναι όλα δομοστοιχεία LED με υπόστρωμα ζαφείρι, ενθυλακωμένα σε αγώγιμο υπόστρωμα χρησιμοποιώντας σιλικόνη ή φώσφορο.
Σχήμα 1 - Μελέτη σχετικά με την αστοχία υλικών συσκευασίας μονάδας LED σε συνθήκες γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία
2. Αποτελέσματα και Συζήτηση
2.1 Παρακολούθηση Φωτισμού
Δεν παρατηρήθηκαν τρεμόπαιγμα ή νεκρά LED κατά τη διάρκεια του πειράματος. Επομένως, μια μείωση της φωτεινότητας πάνω από 30% σε ένα δείγμα LED θεωρήθηκε αποτυχία. Τέσσερις τύποι δειγμάτων δοκιμάστηκαν ταυτόχρονα στους 125 βαθμούς, με πέντε δείγματα που επιλέχθηκαν για κάθε τύπο. Η φωτεινότητα των πέντε δειγμάτων για κάθε τύπο υπολογίστηκε κατά μέσο όρο και στη συνέχεια κανονικοποιήθηκε, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Το σχήμα δείχνει ότι μετά από περίπου 120 ώρες δοκιμής, η φωτεινότητα του καθαρού δείγματος τσιπ μειώθηκε κατά περίπου 8%, ενώ η μείωση της φωτεινότητας των άλλων τριών δειγμάτων ξεπέρασε το 30%. Σύμφωνα με τα κριτήρια για την κρίση της αστοχίας LED, το δείγμα σιλικόνης, το δείγμα σιλικόνης φωσφόρου και το δείγμα φωσφόρου απέτυχαν.
Εικόνα 1 - Καμπύλη φωτισμού
2.2 Αλλαγές εμφάνισης
Η εμφάνιση των δειγμάτων παρατηρήθηκε μετά το πείραμα. Η εμφάνιση των δειγμάτων μετά το πείραμα φαίνεται στο σχήμα 4.
Εικόνα 1 (με τη συνοδευτική εικόνα)
Δημοσίευση-Πείραμα
Η εικόνα δείχνει διαφορετικές αλλαγές εμφάνισης στα τέσσερα δείγματα: το καθαρό δείγμα τσιπ παρουσίασε μικρή αλλαγή, με ελαφρά μόνο παραμόρφωση του εξώτατου φακού από εποξική ρητίνη. Το δείγμα σιλικόνης έδειξε εμφανή ενανθράκωση και φυσαλίδες στη μέση. Το δείγμα σιλικόνης φωσφόρου έδειξε εμφανείς φυσαλίδες και κάποια λιγότερο εμφανή ενανθράκωση στη μέση. και ο φακός της εποξικής ρητίνης του δείγματος φωσφόρου παρουσίασε εμφανή παραμόρφωση.
2.3 Ανάλυση αποτελεσμάτων
Πριν από το πείραμα, τα δείγματα δοκιμής επιθεωρήθηκαν και διαπιστώθηκε ότι ήταν απαλλαγμένα από ενανθράκωση και φυσαλίδες, και το τσιπ και ο φακός ήταν καθαρά και χωρίς ξένα σώματα. Μετά από μια δοκιμή γήρανσης σε υψηλή-θερμοκρασία στους 125 βαθμούς, εμφανίστηκαν ενανθράκωση και φυσαλίδες στο δείγμα σιλικόνης και ο φακός από εποξική ρητίνη του δείγματος χωρίς σιλικόνη παραμορφώθηκε. Το καθαρό δείγμα τσιπ, το οποίο δεν χρησιμοποιούσε σιλικόνη ή φώσφορο, έδειξε τη λιγότερη αλλαγή και τη μικρότερη εξασθένηση του φωτός. Μετά από 120 ώρες γήρανσης, η εξασθένηση του φωτός ήταν μικρότερη από 10%. Σύμφωνα με τα κριτήρια κρίσης αποτυχίας, αυτό το είδος δείγματος δεν έχει ακόμη αποτύχει. Τα δείγματα σιλικόνης που χρησιμοποιούν μόνο δείγματα σιλικόνης και φωσφόρου που χρησιμοποιούν μόνο φώσφορο απέτυχαν μετά από περίπου 36 ώρες δοκιμής. Η διαφορά έγκειται στο εξής: πριν από την αστοχία, ο ρυθμός διάσπασης της φωτεινότητας του δείγματος σιλικόνης ήταν χαμηλότερος από αυτόν του δείγματος φωσφόρου. Ωστόσο, μετά από αστοχία, ο ρυθμός διάσπασης της φωτεινότητας του δείγματος σιλικόνης επιταχύνθηκε σημαντικά, με αποτέλεσμα μια πολύ μεγαλύτερη διάσπαση της φωτεινότητας μετά από 120 ώρες σε σύγκριση με το δείγμα φωσφόρου. Τα δείγματα φωσφόρου{13}}σιλικόνης που χρησιμοποιούσαν τόσο σιλικόνη όσο και φώσφορο απέτυχαν μετά από περίπου 12 ώρες, με μια αποσύνθεση της φωτεινότητας να φτάνει το 90% μετά από 120 ώρες. Συνοπτικά, μπορούν να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα:
① Τα καθαρά δείγματα τσιπ είχαν τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ένας πιθανός λόγος είναι ότι τα δείγματα τσιπ χρησιμοποίησαν ένα υπόστρωμα ζαφείρι χωρίς γέμιση σιλικόνης ή φωσφόρου, που σημαίνει ότι δεν περιείχαν κανένα υλικό ενθυλάκωσης εκτός από φακούς εποξειδικής ρητίνης. Επομένως, υπό τις ίδιες συνθήκες χρόνου δοκιμής και θερμοκρασίας, τα δείγματα σιλικόνης γεμάτα με υλικό ενθυλάκωσης, τα δείγματα φωσφόρου και τα δείγματα φωσφόρου-σιλικόνης απέτυχαν όλα, ενώ η φωτεινότητα των δειγμάτων τσιπ, αν και μειώθηκε, δεν έφτασε το 30%.
② Η σιλικόνη και ο φώσφορος συμβάλλουν στην επιταχυνόμενη αποσύνθεση του φωτισμού στη μονάδα. Η σιλικόνη ανθρακώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, παράγοντας αέριο, γι' αυτό και στα δοκιμασμένα δείγματα είναι ορατές αξιοσημείωτες φυσαλίδες. Στα δείγματα μπλε φωτός, παρατηρείται αξιοσημείωτη ενανθράκωση επειδή το υπόστρωμα ζαφείρι εκθέτει ολόκληρο το τσιπ, καθιστώντας την ενανθράκωση άμεσα παρατηρήσιμη. Ωστόσο, στα δείγματα λευκού φωτός, μια επικάλυψη φωσφόρου στο εξωτερικό στρώμα του τσιπ αποκρύπτει τη διαδικασία ενανθράκωσης, με αποτέλεσμα αξιοσημείωτες φυσαλίδες και λιγότερο εμφανή ενανθράκωση. Επιπλέον, η επίστρωση φωσφόρου μπορεί να εμποδίσει τη διάχυση θερμότητας από το δείγμα LED, οδηγώντας σε αυξημένη θερμοκρασία και μειωμένο φωτισμό. Επομένως, η μείωση της φωτεινότητας στο δείγμα φωσφόρου είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή στο δείγμα τσιπ.
③ Στους 125 βαθμούς, η εποξειδική ρητίνη διαστέλλεται λόγω θερμότητας. Όταν η δοκιμή σταματά και τα δείγματα ψύχονται σε θερμοκρασία δωματίου, η εποξειδική ρητίνη συστέλλεται λόγω της πτώσης της θερμοκρασίας, προκαλώντας παραμόρφωση του φακού στα δείγματα που αφαιρέθηκαν. Η παραμόρφωση του φακού μειώνει τη μετάδοση του φωτός, αλλά αυτό δεν προκαλεί μοιραία εξασθένηση του φωτός.
3. Συμπέρασμα Τα κοινά υλικά ενθυλάκωσης (όπως η σιλικόνη και ο φώσφορος) έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην αξιοπιστία των μονάδων LED. Για να διερευνηθεί η επίδραση των υλικών ενθυλάκωσης, επιλέχθηκε 125 μοίρες ως θερμοκρασία περιβάλλοντος. Χρησιμοποιήθηκε μια διαδικτυακή μέθοδος μέτρησης για τη διεξαγωγή δοκιμών γήρανσης σταθερής-θερμοκρασίας σε τέσσερα διαφορετικά δείγματα ταυτόχρονα σε ένα θάλαμο δοκιμής υψηλής- θερμοκρασίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι στις 125 μοίρες, η μονάδα LED χωρίς σιλικόνη και φώσφορο έχει τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και υψηλή αξιοπιστία. Ωστόσο, η ενανθράκωση της σιλικόνης και των αερίων που προκύπτουν, καθώς και ο φώσφορος που εμποδίζει τη διάχυση της θερμότητας, επιταχύνουν τη διάσπαση του φωτισμού. Η ταυτόχρονη χρήση σιλικόνης και φωσφόρου θα προκαλέσει ταχεία αποσύνθεση της φωτεινότητας, οδηγώντας σε αστοχία της μονάδας.
