影響LED燈具壽命的原因分析
LED燈具使用壽命與很多因素有關,下面我們就一起來探討一下。LED可以與哪些化學品,一起使用,哪些類型的灌封膠?能不能灌膠?灌膠對LED有什么影響?
在化學品影響LED的案例:
⑴對不良樣品LED透鏡進行EDS分析結果如下圖:
?、茖Σ涣紭悠稬ED Silicone 進行EDS因素分析結果有Na和Cl等異常元素出現(xiàn)如下表:
核查這個電路板,結果發(fā)現(xiàn)存在潛在的化學污染物,即有一個粘接透鏡的涂層出現(xiàn)在LED元件附近(如上述透鏡),LED與這個粘接涂層發(fā)生了不利于LED的化學作用。這種化學物質與LED封裝本體不兼容,以致LED出現(xiàn)了永久性失效現(xiàn)象。因此了解和防止這些LED與燈具中用到的化學品的不兼容性是極其重要的。
有機矽膠(Silicone,矽)是各種大功率LED上使用的有機矽材料,如Cree XPE 的LED。經(jīng)均勻混合后注入模具中,在一定的溫度條件下固化一段時間就成型了。在固化過程中,矽氧烷不會形成任何固定的形狀或結構,相反,它們固化成不同長度和形狀各異的隨機形狀。這樣就產(chǎn)生了輕微凝膠狀和具有彈性的有機矽。也就是說,這些有機矽材料充滿小孔,因此有機矽具有透氣性和透濕性。燈泡,或其它固態(tài)照明燈具產(chǎn)品中經(jīng)常使用的灌封化合物材料,如灌封膠、皮圈、墊片,在組裝或加工過程中,在升高的溫度影響下,這些揮發(fā)性有機化物材料就會揮發(fā)出氣體。
揮發(fā)性氣體的滲透和可靠性變化過程:
在密閉的環(huán)境中(如下面的二次光學或夾具蓋),任何類型的揮發(fā)性有機化合物將環(huán)繞并擴散到具有多孔質的有機矽封裝的LED中。在矽膠內部的揮發(fā)性有機化合物會占據(jù)相互交織的矽氧烷鏈內的空隙中。伴隨著熱和LED發(fā)射的高能光子,揮發(fā)性化合物會變色并阻擋LED發(fā)射的光。這種變色通常發(fā)生在LED芯片正上方的表面,因為這是溫度和磁通密度最高的位置。
可靠性失效現(xiàn)象的一般規(guī)律:
(1)伴隨著發(fā)光顏色的變化和光通量的衰減,甚至死燈;
(2)根據(jù)不同揮發(fā)性有機化合物的性質(例如,分子的大小或其對熱的敏感性),這種可靠性失效現(xiàn)象會發(fā)生在幾個小時內或幾個星期不等。
(3)發(fā)生這種可靠性失效現(xiàn)象的LED產(chǎn)品一般都是藍光LED或采用藍光芯片與螢光粉封裝的白光LED。
(4)紅光、琥珀光或綠光LED很少或幾乎不會發(fā)生,因為這些顏色的光是低能量的波長,因此需要更長的時間才會有反應。
灌封膠對LED的不良影響:
如上面的圖示所述,LED芯片上方封裝膠的變色是由于一個揮發(fā)性有機化合物釋放出顏色暗淡的氣體,并從外部擴散到有機矽氧烷封裝的LED零組件內部。
在大多數(shù)情況下,這些滲透到有機矽封裝膠分子的空隙中的揮發(fā)物,不會損壞聚矽氧烷本身的功能。在此種情況下,如果去除上述已變色的LED 上面的的光和密封蓋,并且繼續(xù)進行老化,這樣擴散到LED內部的氣體將又揮發(fā)出來,并有可能恢復原來狀態(tài),這就是為什么很多不是在密封的環(huán)境下試驗的LED很少或幾乎不會發(fā)生類似變色現(xiàn)象。
然而,作為燈具設計者要特別注意的是,有相當一部分揮發(fā)性有機化合物(不光是揮發(fā)出有顏色的,大多是揮發(fā)出無色的氣體),可以破壞封裝膠,使其膨脹和開裂,使LED不能承受的,由于封裝膠的膨脹和開裂會扯斷封裝內部金線,從而造成閃爍、死燈等不良現(xiàn)象。
化學品選擇注意事項:
在選取燈具使用的材料時,特別需要考慮采用的灌封膠、粘接膠、導熱膏、焊劑和殘余化學品,任何會接觸到LED的化學品都要慎重考慮,即使是電路板,隨著工作溫度的升高,也會釋放出可能對LED有損傷的氣體。
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