Odată cu îmbunătățirea continuă a tehnologiei de fabricare a dispozitivelor LED, eficiența luminoasă, luminozitatea și puterea sa au fost îmbunătățite semnificativ. Cu toate acestea, eficiența de conversie fotoelectrică a LED-urilor este încă de aproximativ 20%, energia electrică rămasă fiind convertită în energie termică, ceea ce provoacă creșterea temperaturii componentelor și scăderea eficienței luminoase. Ca parte integrantă a componentei, materialul de încapsulare este și mai sensibil la temperaturi ridicate. Prin urmare, defecțiunea cauzată de materialul de încapsulare este unul dintre principalele motive care afectează durata de viață a întregului modul LED.
Această lucrare se concentrează pe modulele LED care utilizează materiale obișnuite de încapsulare din silicon și fosfor. Au fost selectate eșantioane reprezentative și supuse unor teste de îmbătrânire în condiții de-temperatură ridicată. Scopul este de a analiza comportamentul de rupere a materialelor de încapsulare și de a găsi mecanismele de defectare a acestora. Prin măsurarea iluminării probelor online, s-a obținut impactul legii de defecțiune a materialului de încapsulare asupra fiabilității mostrelor de LED în condiții de temperatură înaltă-.
1. Experiment Fiind un produs electronic tipic de înaltă-fiabilitate, LED-urile pot avea o durată de viață de câțiva ani la temperatura camerei. Testarea în condiții convenționale ar consuma prea mult timp-și costisitoare. Conform modelului Arrhenius, durata de viață a modulelor LED scade odată cu creșterea temperaturii. Prin urmare, creșterea temperaturii ambientale poate accelera defecțiunea modulelor LED. Pe baza parametrilor relevanți de performanță ai eșantioanelor de LED selectate în acest experiment și a rezultatelor testelor anterioare, a fost efectuat un test de îmbătrânire constantă la temperatură-înaltă-temperatură la 125 de grade . Principalele manifestări ale defectării LED-ului includ: o scădere cu 30% a iluminării, pâlpâirea și defecțiunea completă a LED-ului (adică stingerea completă). Prin urmare, pentru a explora comportamentul de defecțiune al modulelor LED în condiții de temperatură-înaltă, este necesar să înțelegem modelul modificării iluminării LED-ului în timp. Metodele tradiționale de testare offline necesită îndepărtarea eșantionului pentru testare, ceea ce întrerupe experimentul și afectează semnificativ acuratețea datelor. Prin urmare, această lucrare adoptă o metodă de măsurare online pentru a monitoriza schimbarea iluminării în timp în timp real.
1.1 Procedura experimentală
Procedura experimentală este prezentată în Figura 1. Proba este plasată în camera de testare pentru alimentare-la testare. Semnalul său de iluminare este transmis unui contor de iluminare prin fibră optică. Contorul de iluminare transformă semnalul luminos într-un semnal electric și îl transmite dispozitivului de achiziție. Datele obținute sunt colectate într-un computer folosind un software de eșantionare. Acest sistem poate detecta modificări în iluminarea modulului în timp real fără a întrerupe experimentul; prin urmare, acuratețea datelor experimentale este mai mare decât cea a metodelor de testare întreruptă.
Figura 1 - Studiu privind defecțiunea materialelor de ambalare a modulelor LED în condiții de îmbătrânire la temperatură ridicată-
Echipamentul de achiziție de date a inclus un metru de iluminare multi-canal complet și software suport, fibră optică și cleme pentru fibră optică. Sursa de alimentare a fost o sursă de curent constant, furnizând 350mA de curent mostrelor de LED. Camera de testare a îmbătrânirii la temperatură înaltă folosită a fost camera de testare a ciclismului la temperatură înaltă și joasă Ruikai Instruments RK-TH-408UF, cu temperatura controlată la 125 de grade .
1.2 Probe de testare
Au existat patru tipuri de probe de testare, așa cum se arată în Figura 2. De la stânga la dreapta, acestea sunt: un eșantion de cip pur cu LED albastru (denumit în continuare eșantion de cip pur), un cip LED albastru cu silicon (denumit în continuare eșantion de silicon), o probă de LED alb cu fosfor și silicon (denumit în continuare probă de fosfor LED cu fosfor și probă de silicon fosfor) (denumită în continuare eșantion de fosfor cu LED). Aceste mostre sunt toate module LED cu safir ca substrat, încapsulate pe un substrat conductiv folosind silicon sau fosfor.
Figura 1 - Studiu privind defecțiunea materialelor de ambalare a modulelor LED în condiții de îmbătrânire la temperatură ridicată
2. Rezultate și discuții
2.1 Monitorizarea iluminării
În timpul experimentului nu s-au observat LED-uri pâlpâite sau moarte. Prin urmare, o scădere a iluminării cu mai mult de 30% într-o probă de LED a fost considerată o defecțiune. Patru tipuri de probe au fost testate simultan la 125 de grade, cu cinci probe selectate pentru fiecare tip. Iluminanța celor cinci probe pentru fiecare tip a fost mediată și apoi normalizată, așa cum se arată în Figura 3. Figura arată că după aproximativ 120 de ore de testare, iluminarea probei de cip pur a scăzut cu aproximativ 8%, în timp ce scăderea iluminării celorlalte trei probe a depășit 30%. Conform criteriilor de evaluare a defectării LED-ului, proba de silicon, proba de silicon fosfor și proba de fosfor au eșuat.
Figura 1 - Curba de iluminare
2.2 Schimbări de aspect
Aspectul probelor a fost observat în urma experimentului. Aspectul probelor după experiment este prezentat în Figura 4.
Figura 1 (cu imaginea însoțitoare)
Postați-experimentul
Imaginea prezintă schimbări diferite de aspect în cele patru mostre: proba de cip pur a prezentat modificări reduse, cu doar o ușoară deformare a lentilei din rășină epoxidica cea mai exterioară; proba de silicon a prezentat carbonizare evidentă și bule în mijloc; proba de silicon fosfor a arătat bule evidente și unele carbonizări mai puțin evidente în mijloc; iar lentila din rășină epoxidică a probei de fosfor a prezentat o deformare evidentă.
2.3 Analiza rezultatelor
Înainte de experiment, probele de testare au fost inspectate și s-au dovedit a fi lipsite de carbonizare și bule, iar cipul și lentila erau curate și lipsite de materii străine. După un test de îmbătrânire la temperatură înaltă la 125 de grade, în proba de silicon au apărut carbonizare și bule, iar lentila din rășină epoxidică a probei fără silicon s-a deformat. Proba de cip pur, care nu a folosit silicon sau fosfor, a prezentat cea mai mică schimbare și cea mai mică atenuare a luminii. După 120 de ore de îmbătrânire, atenuarea luminii a fost mai mică de 10%. Conform criteriilor de judecată a eșecului, acest tip de eșantion nu a eșuat încă. Probele de silicon care utilizează numai silicon și probe de fosfor care utilizează numai fosfor au eșuat după aproximativ 36 de ore de testare. Diferența constă în următoarele: înainte de defecțiune, rata de decădere a iluminării a probei de silicon a fost mai mică decât cea a probei de fosfor; cu toate acestea, după eșec, rata de scădere a iluminării a probei de silicon a accelerat semnificativ, rezultând o scădere a iluminării mult mai mare după 120 de ore în comparație cu proba de fosfor. Probele de fosfor-silicon care utilizează atât silicon, cât și fosfor au eșuat după aproximativ 12 ore, cu o scădere a iluminării atingând 90% după 120 de ore. Pe scurt, se pot trage următoarele concluzii:
① Probele de cip pur au avut cea mai lungă durată de viață. Un posibil motiv este că mostrele de cip au folosit un substrat de safir fără umplutură cu silicon sau fosfor, ceea ce înseamnă că nu conțineau niciun material de încapsulare, altul decât lentilele din rășină epoxidică. Prin urmare, în aceleași condiții de timp și temperatură de testare, probele de silicon umplute cu material de încapsulare, probele de fosfor și probele de silicon fosfor-au eșuat, în timp ce iluminarea probelor de cip, deși a scăzut, nu a atins 30%.
② Siliconul și fosforul contribuie la diminuarea accelerată a iluminării în modul. Siliconul se carbonizează la temperaturi ridicate, producând gaz, motiv pentru care bule vizibile sunt vizibile în probele testate. În probele de lumină albastră, se observă o carbonizare vizibilă deoarece substratul de safir expune întregul cip, făcând carbonizarea direct observabilă. Cu toate acestea, în probele de lumină albă, un strat de fosfor pe stratul exterior al cipului ascunde procesul de carbonizare, rezultând bule vizibile și carbonizare mai puțin evidentă. În plus, învelișul cu fosfor poate împiedica disiparea căldurii din proba de LED, ceea ce duce la creșterea temperaturii și la scăderea iluminării. Prin urmare, scăderea iluminării în proba de fosfor este semnificativ mai mare decât cea din proba de cip.
③ La 125 de grade, rășina epoxidică se extinde din cauza căldurii. Când testul este oprit și probele sunt răcite la temperatura camerei, rășina epoxidică se contractă din cauza scăderii temperaturii, provocând deformarea lentilei pe probele îndepărtate. Deformarea lentilelor reduce transmisia luminii, dar aceasta nu provoacă atenuare fatală a luminii.
3. Concluzie Materialele comune de încapsulare (cum ar fi siliconul și fosforul) au un impact semnificativ asupra fiabilității modulelor LED. Pentru a investiga influența materialelor de încapsulare, 125 de grade au fost selectate ca temperatură ambientală. O metodă de măsurare online a fost utilizată pentru a efectua teste de îmbătrânire la temperatură constantă-pe patru probe diferite simultan într-o cameră de testare la-înaltă temperatură. Rezultatele arată că la 125 de grade, modulul LED fără silicon și fosfor are cea mai lungă durată de viață și fiabilitate ridicată. Cu toate acestea, carbonizarea siliconului și a gazelor rezultate, precum și fosforul care împiedică disiparea căldurii, accelerează decăderea iluminării. Folosirea simultană atât a siliconului, cât și a fosforului va cauza o scădere rapidă a iluminării, ducând la defectarea modulului.
