Analiza przyczyn przebarwień diod LED i środki zapobiegawcze
Jako czwarta generacja źródeł zielonego światła, diody LED są szeroko stosowane w oświetleniu, dekoracyjnym oświetleniu krajobrazu, elektronice samochodowej i innych dziedzinach. Jednak podczas użytkowania koraliki lamp LED często ulegają odbarwieniu, co prowadzi do zmniejszenia skuteczności świetlnej, zmiany temperatury barwowej i pogorszenia jakości strumienia świetlnego, co poważnie wpływa na żywotność i niezawodność produktu. W oparciu o badania Cai Yingying i innych, w tym artykule systematycznie analizowano pierwotne przyczyny przebarwień diod LED i zaproponowano odpowiednie środki zapobiegawcze.
I. Podstawowa budowa koralika lampy LED
Typowy koralik świetlny LED (wykorzystujący aBiała dioda LED 3528 przykładowo) składa się głównie z następujących części:
Układ LED: Rdzeń-emitujący światło, dokonujący-konwersji elektrooptycznej poprzez złącze PN.
Łączenie przewodów: Metalowe przewody łączące chip z przewodami.
Matryca-Przymocuj klej: Mocuje chip na ramie prowadzącej.
Fosfor: umożliwia konwersję długości fali, np. mieszanie wzbudzonego niebieskiego-żółtego światła w celu uzyskania światła białego.
Kapsułkujący: Chroni chip i luminofor, zwykle wykonane z żywicy epoksydowej lub silikonu.
Rama prowadząca: podtrzymuje chip i służy jako struktura przewodząca prąd, często wykonana z-srebrzonej miedzi.
Nieprawidłowości w którejkolwiek z tych części mogą prowadzić do odbarwienia całego koralika lampy.
II. Główne przyczyny przebarwień koralików świetlnych LED
1. Problemy z kapsułką
(1) Pozostałości ciał obcych w kapsułce
Jeśli w procesie produkcyjnym do kapsułki dostaną się obce zanieczyszczenia, może to spowodować miejscowe odbarwienie. W jednym przypadku wewnątrz kapsułki wykryto czarną substancję obcą, a analizy SEM i EDS wykazały, że jej głównymi składnikami były Al, C i O. Zanieczyszczenia te mogą pochodzić z pyłu w środowisku produkcyjnym, cząstek pochodzących ze zużycia sprzętu lub zanieczyszczenia surowców. Ciała obce zmieniają ścieżkę załamania i transmisji światła, powodując miejscowe ciemnienie lub odbarwienie.
(2) Erozja chemiczna prowadząca do odbarwienia kapsułki
Jeśli koralik świetlny LED zostanie narażony w środowisku użytkowania na działanie pewnych lotnych substancji chemicznych, kapsułka może ulec reakcjom chemicznym i odbarwieniu. Na przykład:
W lampie szklanej do zamocowania paska LED zastosowano-jednoczęściową gumę silikonową wulkanizowaną w temperaturze pokojowej (RTV). Gaz zawierający siarkę-ulatniający się podczas utwardzania spowodował wtórną wulkanizację kapsułki LED, powodując jej żółknięcie.
Analiza TGA wykazała, że temperatura rozkładu termicznego uszkodzonej kapsułki była o ponad 25 stopni wyższa niż w przypadku normalnych próbek, co wskazuje, że wystąpiła reakcja-sieciowania.
ICP-OES wykrył około 400 ppm siarki w kleju utrwalającym, potwierdzając, że siarka jest podstawową przyczyną przebarwień.
Zalecenie: Podczas projektowania produktu należy ocenić kompatybilność wszystkich materiałów mających kontakt i unikać stosowania materiałów pomocniczych zawierających pierwiastki reaktywne, takie jak siarka lub chlor.
2. Sedymentacja fosforu
Nierównomierny rozkład luminoforu w kapsułce może prowadzić do zmiany temperatury barwowej i miejscowego odbarwienia. W jednym przypadku koraliki do lamp LED przechowywane w magazynie zmieniły kolor z pomarańczowego na jasnożółty. Analiza wykazała:
Na powierzchni ołowianej ramy uszkodzonych kulek znaleziono przezroczyste cząstki stałe. Analiza składu wykazała obecność strontu (Sr), baru (Ba) i innych pierwiastków pochodzących z luminoforów na bazie krzemianów-.
Powierzchnia ołowianej ramy zwykłych koralików była czysta i zawierała jedynie srebro i niewielką ilość węgla.
Sedymentacja fosforu zmienia ścieżkę światła, powodując rozproszenie i zaburzenia koloru.
Zalecenia:
Zoptymalizuj stosunek i lepkość luminoforu i środka kapsułkującego.
Usprawnij procesy dozowania i utwardzania, aby zapobiec sedymentacji.
Wybierz materiały fosforowe o lepszych właściwościach adhezyjnych.
3. Problemy z ramą prowadzącą
(1) Zanieczyszczenie powierzchni ramy prowadzącej
Podczas procesu SMT nadmiar lutu (np. stopu cyny-ołowiu) może zaciągnąć szpilki na powierzchnię ramy prowadzącej, tworząc warstwę pokrywającą. W jednym przypadku na powierzchni ramki ołowianej odbarwionej kulki wykryto pierwiastki Sn i Pb, co potwierdziło zanieczyszczenie lutowia. Te powłoki metalowe zmieniają charakterystykę odbicia światła, powodując wizualne przebarwienia.
(2) Korozja ramy ołowianej
Jeśli srebrzona powłoka ołowianej ramy wejdzie w kontakt z korozyjnymi pierwiastkami, takimi jak siarka lub chlor, zachodzą reakcje chemiczne, w wyniku których powstają ciemne substancje, takie jak siarczek srebra lub chlorek srebra. W przypadku awarii:
Powierzchnia ramy ołowianej poczerniała, a EDS wykrył wysoką zawartość siarki.
Posrebrzanie wykazywało luźną, skorodowaną morfologię.
Korozja może przyspieszyć w warunkach wysokiej temperatury i dużej wilgotności.
Źródła korozji:
Zanieczyszczenia w samych materiałach.
Zanieczyszczenia wprowadzone w procesie produkcyjnym.
Obecność gazów korozyjnych w środowisku użytkowania.
(3) Niska jakość poszycia ramy ołowianej
Jakość poszycia bezpośrednio określa odporność na korozję i współczynnik odbicia ramy ołowianej. W jednym przypadku stopień odbarwienia koralików lampowych po starzeniu osiągnął 30%. Znaleziono analizę:
Poszycie uszkodzonych ram ołowianych było luźne i porowate.
Analiza AES wykryła nikiel na powierzchni warstwy srebra, co wskazuje na dyfuzję znajdującej się pod spodem warstwy niklu.
Główną przyczyną była nierówna grubość poszycia i-niegęsta struktura.
Typowa struktura poszycia: Podłoże miedziane → Niklowanie (warstwa barierowa) → Posrebrzanie (warstwa odblaskowa). Zła jakość platerowania łatwo prowadzi do dyfuzji niklu i czernienia warstwy srebra.
III. Środki zapobiegawcze i sugestie ulepszeń
1. Wybór materiału i badanie kompatybilności
Wybieraj rodzaje kapsułek odpornych na wulkanizację i żółknięcie.
Wybierz luminofory o niskiej sedymentacji i wysokiej stabilności.
Upewnij się, że poszycie ramy prowadzącej spełnia standardy dotyczące gęstości, jednolitości i braku defektów.-
2. Kontrola procesu
Utrzymuj wysoką czystość w środowisku pakowania, aby zapobiec przedostawaniu się ciał obcych.
Ściśle kontroluj ilość pasty lutowniczej w procesie spawania, aby zapobiec zasysaniu.
Zoptymalizuj temperaturę i czas utwardzania, aby zapobiec pozostałości substancji lotnych.
3. Poprawa jakości ramy prowadzącej
Wybierz materiały podstawowe odporne na korozję,-takie jak stopy miedzi-o wysokiej czystości.
Upewnij się, że proces galwanizacji daje gęste, równomiernie grube warstwy.
Zastosuj środki zapobiegające-matowieniu srebrzenia (np. powłoki ochronne).
4. Projektowanie produktu i zarządzanie środowiskiem użytkowania
Unikaj kontaktu diod LED z materiałami zawierającymi siarkę lub chlor, takimi jak niektóre kleje lub uszczelki.
Zwiększa szczelność i ochronę w przypadku stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze i wilgotności.
Przeprowadzić przyspieszone testy starzenia, aby wcześnie zidentyfikować potencjalne ryzyko przebarwień.
IV. Wniosek
Przebarwienia koralików lamp LED wynikają z współdziałania wielu czynników. Do głównych przyczyn należą:
Nieprawidłowości hermetyzujące: Wtrącenia ciał obcych, erozja chemiczna.
Sedymentacja fosforu: Nierównomierny rozkład powodujący dyspersję.
Problemy z ramą prowadzącą: Zanieczyszczenie, korozja, zła jakość poszycia.
Dzięki ścisłej selekcji materiałów, kontroli procesu i kontroli jakości można skutecznie zapobiegać przebarwieniom diod LED, zwiększając niezawodność produktu. W przyszłości, w miarę rozwoju diod LED w kierunku wyższej mocy i skuteczności, wymagania dotyczące materiałów i procesów opakowaniowych staną się bardziej rygorystyczne, co spowoduje konieczność ciągłej optymalizacji i rozwoju technicznego.
Artykuł ten jest adaptacją „Analizy powodów odbarwienia koralika lampy LED” Cai Yingyinga w celach wymiany technicznej i odniesienia. Praktyczne zastosowanie powinno obejmować ocenę w oparciu o konkretne produkty i procesy.
Tel/Whatsapp:+8619972563753
E-mail:bwzm12@benweilighting.com
Skype: bwzm32
Sieć: https://www.benweilight.com/
