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Sunshinelux ist seit 2012 ein professioneller Großhandelslieferant und Hersteller von LED-Leuchten in China
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Sunshinelux ist seit 2012 ein professioneller Großhandelslieferant und Hersteller von LED-Leuchten in China
LED ist ein lichtemittierendes Gerät, das elektrische Energie direkt in sichtbares Licht und Strahlungsenergie umwandelt. Es hat die Vorteile eines geringen Stromverbrauchs, einer hohen Lichtausbeute und einer geringen Größe. Es hat sich allmählich zu einer neuen Art von hocheffizientem, energiesparendem Produkt entwickelt und wird häufig in Displays verwendet. , Beleuchtung, Hinterleuchtung und viele andere Bereiche. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der LED-Technologie wurde in den letzten Jahren auch deren Lichtausbeute deutlich verbessert. Die Effizienz des bestehenden blauen LED-Systems kann 60 % erreichen; und die Lichtausbeute der weißen LED hat 150lm/W überschritten. immer mehr Aufmerksamkeit.
Obwohl die theoretische Lebensdauer von LEDs derzeit 50 kHz erreichen kann, können LEDs im tatsächlichen Gebrauch aufgrund der Einschränkungen durch verschiedene Faktoren häufig keine so hohe theoretische Lebensdauer erreichen, und es kommt zu einem vorzeitigen Ausfall, was die Verwendung von LEDs als neu stark behindert Art der Energieeinsparung. Das Tempo der Weiterentwicklung von Typprodukten. Um dieses Problem zu lösen, haben viele Gelehrte einschlägige Forschungen durchgeführt und einige wichtige Schlussfolgerungen gezogen. Auf dieser Grundlage analysiert dieses Papier systematisch die wichtigen Faktoren, die zum Ausfall von LEDs führen, und schlägt einige Verbesserungsmaßnahmen vor, um die tatsächliche Lebensdauer von LEDs zu verbessern.
1. LED-Fehlermodus
Zu den LED-Fehlermodi gehören hauptsächlich: Chipfehler, Gehäusefehler, thermische Überlastfehler, elektrische Überlastfehler und Montagefehler, unter denen Chipfehler und Gehäusefehler die häufigsten sind. In diesem Artikel werden diese Hauptfehlermodi im Detail analysiert.
(1) Chipfehler
Chip-Ausfall bezieht sich auf den Ausfall des Chips selbst oder den Ausfall des Chips aus anderen Gründen. Es gibt oft viele Gründe für dieses Versagen: Chiprisse werden durch ungeeignete Verbindungsprozessbedingungen verursacht, was zu großen Spannungen führt, und die thermomechanische Spannung, die durch einen Wärmestau erzeugt wird, wird ebenfalls verstärkt, was zu Mikrorissen im Chip führt, und das Werkstück injiziert Strom wird die Mikrorisse weiter verschlimmern und dazu führen, dass sie sich weiter ausdehnen, bis das Gerät vollständig versagt. Zweitens, wenn der aktive Bereich des Chips bereits beschädigt ist, verschlechtert er sich allmählich, bis er während des Einschaltvorgangs versagt, und er verursacht auch einen ernsthaften Abfall des Lichts, bis er während des Gebrauchs nicht mehr aufleuchtet. Wenn der Die-Bonding-Prozess nicht gut ist, wird die Die-Bonding-Schicht außerdem während der Verwendung vollständig von der Bonding-Oberfläche getrennt, was dazu führen wird, dass die Probe einen Leerlauf-Fehler aufweist. Es wird auch das "tote Licht"-Phänomen der LED während des Gebrauchs verursachen. Die Gründe für den schlechten Die-Bonding-Prozess können an abgelaufener Silberpaste oder zu langer Einwirkzeit, zu geringer Silberpastenmenge, zu langer Aushärtezeit, verunreinigter Solid-Crystal-Basisoberfläche, usw.
(2) Paketfehler
Gehäusefehler bezieht sich auf Gerätefehler, die durch unsachgemäßes Gehäusedesign oder Produktionsprozess verursacht werden. Das in der Verkapselung verwendete Epoxidharzmaterial verschlechtert sich während des Gebrauchs, was zu einer Verringerung der Lebensdauer der LED führt. Solche Verschlechterungsprobleme umfassen: Lichtdurchlässigkeit, Brechungsindex, Ausdehnungskoeffizient, Härte, Wasserdurchlässigkeit, Luftdurchlässigkeit, Füllstoffeigenschaften usw., unter denen die Lichtdurchlässigkeit am wichtigsten ist. Studien haben gezeigt, dass die Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit umso schwerwiegender ist, je kürzer die Wellenlänge des Lichts ist, aber für Wellenlängen über grünem Licht (d. h. größer als 560 nm) ist dieser Effekt nicht schwerwiegend. Lumileds veröffentlichte 2003 die Lebensdauertestkurve von Leistungs-LED-Weißlichtgeräten und φ5-Weißlichtgeräten. Nach 19 kHz kann der Lichtstrom des mit Silikonharz verkapselten Leistungsgeräts immer noch 80 % des anfänglichen Lichtstroms aufrechterhalten, während die Kontrastkurve verkapselt ist mit Epoxidharz wird ausgedrückt in Nach 6kh beträgt die Lichtstromerhaltungsrate nur 50%. Experimente zeigen das in
Bei gleicher Lichtausbeute des Chips färbt sich das Epoxidharz in der Nähe des Chips offensichtlich gelb und dann braun. Dieser offensichtliche Abbauprozess wird hauptsächlich durch die Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit von Epoxidharz verursacht, die durch Licht und Temperaturanstieg verursacht wird. Gleichzeitig wirkt sich bei LEDs, die weißes Licht von einem durch blaues Licht angeregten gelben Leuchtstoff emittieren, die Bräunung der Einkapselungslinse auf deren Reflexionsvermögen aus und führt dazu, dass das emittierte blaue Licht nicht ausreicht, um den gelben Leuchtstoff anzuregen, was zu Änderungen in der Effizienz und spektralen Verteilung führt .
Für die Verpackung ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Lebensdauer von LEDs beeinflusst, die Korrosion. Bei der Verwendung von LEDs besteht die Hauptursache für Korrosion im Allgemeinen darin, dass Wasserdampf in das Verpackungsmaterial eindringt, was zu einer Verschlechterung der Anschlüsse und Korrosion von Kupferdrähten von Leiterplatten führt; manchmal bleiben mit Wasserdampf eingeführte bewegliche leitfähige Ionen auf der Oberfläche des Chips, was zu Leckagen führt. Darüber hinaus weist ein Gerät mit schlechter Verpackungsqualität eine große Anzahl von Restluftblasen im Inneren des Verpackungskörpers auf, und diese Restluftblasen verursachen auch eine Korrosion des Geräts.
(3) Versagen durch thermische Überlastung
Die Temperatur war schon immer ein wichtiger Faktor, der die optischen Eigenschaften von LEDs beeinflusst. Bei der Untersuchung des Ausfallmodus von LEDs betrachten Wissenschaftler im In- und Ausland die Temperatur der Arbeitsumgebung als beschleunigte Belastung, um Experimente zur beschleunigten Lebensdauer von LEDs durchzuführen. Denn unter der Prämisse, dass der Wärmewiderstand des LED-Systems unverändert bleibt, steigt die Temperatur der Lötstellen der Gehäuseanschlüsse und damit auch die Sperrschichttemperatur, was zu einem vorzeitigen Ausfall der LED führt.
Abbildung: Das Modellstrukturdiagramm der Hochleistungs-LED und die Betriebsumgebungstemperatur sind
(a) Beziehung zwischen Strahlungsleistung und Beschleunigungszeit bei 120°C, (b) 100°C und (c) 80°C. Hsu et al. führten beschleunigte Lebensdauerexperimente an LED-Proben verschiedener Hersteller durch.
Der Test setzt die LED-Proben auf 80, 100 bzw. 120 °C und treibt sie mit einer Spannung von 3,2 V an. Es wird festgelegt, dass ein Absinken der optischen Leistung der Probe auf 50 % des Anfangswertes als Versagen gewertet wird. Die experimentellen Ergebnisse in Abb. 1 zeigen, dass die Lebensdauer der Hochleistungs-LED mit der Erhöhung der experimentellen Temperatur der beschleunigten Lebensdauer und der Erhöhung der Beschleunigungszeit abnimmt. Im beschleunigten Lebensdauerexperiment führt der Anstieg der LED-Sperrschichttemperatur zu einer Mutation des Epoxidharzmaterials, wodurch der Wärmewiderstand des Systems erhöht wird, was zu einer Verschlechterung der erhitzten Oberfläche zwischen dem Chip und dem Gehäuse führt und schließlich zum Ausfall führt des Pakets.
(4) Ausfall durch elektrische Überlastung
Wenn die LED im Fall von Überstrom (EOS) verwendet wird oder der Chip durch elektrostatischen Schock (ESD) beschädigt wird, wird der Chip geöffnet, was zu einem Ausfall durch elektrische Überlastung führt. Beispielsweise ist GaN ein Material mit großer Bandlücke. Der Widerstand ist höher. Wenn diese Art von Chip verwendet wird, wird die Induktion durch statische Elektrizität während des Produktionsprozesses verursacht
Die erzeugte Ladung ist nicht leicht zu verschwinden. Wenn es sich in beträchtlichem Ausmaß ansammelt, kann eine hohe elektrostatische Spannung erzeugt werden. Sobald diese Spannung die Tragfähigkeit des Materials überschreitet, tritt ein Durchbruchphänomen auf und es kommt zu einer Entladung, wodurch das Gerät versagt.
2. Verbesserungsmaßnahmen
Durch die oben vorgestellte Analyse der Hauptausfallarten von LEDs können wir technische Methoden erlernen, um die tatsächliche Lebensdauer von LEDs zu verbessern.
(1) Wärmeableitungstechnologie
Die Wärmeableitungstechnologie war schon immer ein wichtiges Bindeglied für LED-Anwendungen. Wenn die LED-Vorrichtung nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, wird die Sperrschichttemperatur des Chips stark erhöht, und dann wird die Lichtausbeute stark abfallen und die Zuverlässigkeit (wie Lebensdauer, Farbverschiebung usw.) wird sich verschlechtern; Gleichzeitig erzeugen hohe Temperaturen und große Hitze mechanische Spannungen innerhalb der LED-Gehäusestruktur, was weiter zu einer Reihe von Zuverlässigkeitsproblemen führen kann [5]. Daher kann im Herstellungsprozess eine Basis mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgewählt werden, und die Wärmeableitungsfläche der LED kann so groß wie möglich gemacht werden, wodurch die Wärmeableitungsleistung der Vorrichtung erhöht wird.
(2) Antistatische Technologie
Ein großes Problem bei der Verwendung von LEDs mit GaN als Chip ist der elektrostatische Effekt. Wenn dieses Problem nicht ordnungsgemäß behandelt wird, wird die Lebensdauer des Geräts ernsthaft beeinträchtigt. Daher sollte beim LED-Design das antistatische Design vollständig berücksichtigt werden, um Geräteausfälle wie einen Ausfall aufgrund hoher elektrostatischer Spannung zu vermeiden.
(3) Verpackungstechnik
Das für die Einkapselung verwendete Epoxidharzmaterial verursacht eine Verschlechterung seiner Lichtdurchlässigkeit aufgrund von Licht- und Temperaturanstieg. Im Gebrauch wird das ursprüngliche transparente Epoxidharzmaterial braun, was die ursprüngliche spektrale Leistungsverteilung des Geräts beeinträchtigt. Daher müssen wir beim Vergießen von LEDs die Aushärtungstemperatur streng kontrollieren, um eine vorzeitige Alterung des Epoxidharzes während des Vergießens zu vermeiden.
Um andererseits die Korrosion des Geräts zu verhindern, muss bei der Auswahl des Verpackungsmaterials mit guter Transparenz während des Spritzgussverfahrens so weit wie möglich auf die Luftblasen im Inneren des Materials geachtet werden Reduzieren Sie die Restmenge an Wasserdampf und reduzieren Sie die Korrosion des Geräts. Wahrscheinlichkeit.
(4) Optimierung des Herstellungsprozesses
Im LED-Herstellungsprozess sind geeignete Bondbedingungen erforderlich. Wenn die Bindung zu groß ist, wird der Chip zerdrückt. Andernfalls ist die Haftfestigkeit des Geräts unzureichend und das Gerät löst sich leicht. Daher ist es notwendig, während die Bindungsstärke der Vorrichtung sichergestellt wird, den Schaden zu minimieren, der durch den Bindungsprozess an dem Chip verursacht wird, um den Zweck der Optimierung des Bindungsprozesses zu erreichen.
Beim Bonden von Chips ist es erforderlich, die Temperatur und die Zeit innerhalb eines geeigneten Bereichs zu steuern, damit das Lot die Prozessanforderungen wie dicht, blasenfrei und geringe Restspannung erfüllen kann.
(5) Angemessenes Screening
Bevor die LED das Werk verlässt, kann ein Screening-Prozess hinzugefügt werden, dh ein angemessener Alterungs- und Screening-Test wird an einigen Mustern durchgeführt und einige Geräte, die möglicherweise vorzeitig ausfallen, werden eliminiert, um den vorzeitigen Ausfall zu reduzieren die LED im tatsächlichen Einsatz.
abschließend
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LEDs, obwohl sie eine hohe theoretische Lebensdauer haben, im tatsächlichen Gebrauch aufgrund von Faktoren wie Chips, Verpackung und Belastung weit vom erwarteten theoretischen Wert entfernt sind. Um die Lebensdauer von LEDs tatsächlich zu verbessern, sind weitere Forschung, Erforschung und Praxis erforderlich, sowohl in Bezug auf den Herstellungsprozess als auch auf die Anwendungsebene. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der LED-Technologie tauchen zwangsläufig neue Probleme auf. Solange jedoch die Grundursache des LED-Ausfalls erfasst werden kann, kann die Leistung von LED-Geräten in der Praxis verbessert werden, und diese neue Lichtquelle kann an das vordere Ende des Anwendungsfelds befördert werden, um Produktion und Lebensdauer besser zu dienen.
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