Fourniture et fabrication de luminaires LED et de solutions d'application depuis 2012.
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Fourniture et fabrication de luminaires LED et de solutions d'application depuis 2012.
La LED est un dispositif émettant de la lumière qui convertit directement l'énergie électrique en lumière visible et en énergie rayonnante. Il présente les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'une efficacité lumineuse élevée et d'une petite taille. Il est progressivement devenu un nouveau type de produit économe en énergie à haut rendement et est largement utilisé dans l'affichage. , éclairage, rétro-éclairage et bien d'autres domaines. Ces dernières années, avec les progrès continus de la technologie LED, son efficacité lumineuse a également été considérablement améliorée. L'efficacité du système LED bleu existant peut atteindre 60 % ; et l'efficacité lumineuse de la LED blanche a dépassé 150 lm/W. de plus en plus d'attention.
À l'heure actuelle, bien que la durée de vie théorique de la LED puisse atteindre 50kh, en utilisation réelle, en raison des contraintes de divers facteurs, la LED ne peut souvent pas atteindre une durée de vie théorique aussi élevée et une défaillance prématurée se produit, ce qui entrave considérablement l'utilisation de la LED comme nouveau type d'économie d'énergie. Le rythme d'avancement des produits de type. Afin de résoudre ce problème, de nombreux chercheurs ont mené des recherches pertinentes et obtenu des conclusions importantes. Sur cette base, ce document analyse systématiquement les facteurs importants qui causent la défaillance des LED et propose quelques mesures d'amélioration, afin d'améliorer la durée de vie réelle des LED.
1. Mode de défaillance des voyants
Les modes de défaillance des LED comprennent principalement : la défaillance de la puce, la défaillance du boîtier, la défaillance de surcharge thermique, la défaillance de surcharge électrique et la défaillance de l'assemblage, parmi lesquelles la défaillance de la puce et la défaillance du boîtier sont les plus courantes. Cet article analysera en détail ces principaux modes de défaillance.
(1) Échec de la puce
La défaillance de la puce fait référence à la défaillance de la puce elle-même ou à la défaillance de la puce pour d'autres raisons. Les raisons de cet échec sont souvent multiples : les fissures de puce sont causées par des conditions de processus de collage inadaptées, entraînant des contraintes importantes, et la contrainte thermomécanique générée par l'accumulation de chaleur est également renforcée, entraînant des micro-fissures dans la puce, et le travail injecté. le courant aggravera encore les microfissures et les fera continuer à se développer jusqu'à ce que l'appareil tombe en panne complètement. Deuxièmement, si la zone active de la puce est déjà endommagée, elle se dégradera progressivement jusqu'à ce qu'elle tombe en panne pendant le processus de mise sous tension, et cela entraînera également une désintégration sérieuse de la lumière jusqu'à ce qu'elle ne s'allume pas pendant l'utilisation. De plus, si le processus de liaison de la matrice n'est pas bon, la couche de liaison de la matrice sera complètement séparée de la surface de liaison pendant l'utilisation, ce qui entraînera une défaillance du circuit ouvert de l'échantillon. Cela provoquera également le phénomène de "lumière morte" de la LED lors de son utilisation. Les raisons du mauvais processus de collage peuvent être dues à la pâte d'argent périmée utilisée ou au temps d'exposition trop long, à la quantité de pâte d'argent utilisée trop petite, au temps de durcissement trop long, à la surface de base en cristal solide contaminée, etc.
(2) Échec du paquet
La défaillance de l'emballage fait référence à une défaillance de l'appareil causée par une conception de l'emballage ou un processus de production inapproprié. Le matériau de résine époxy utilisé dans l'encapsulation se détériorera pendant l'utilisation, ce qui entraînera une réduction de la durée de vie de la LED. Ces problèmes de détérioration comprennent : la transmission de la lumière, l'indice de réfraction, le coefficient de dilatation, la dureté, la perméabilité à l'eau, la perméabilité à l'air, les propriétés de remplissage, etc., parmi lesquels la transmission de la lumière est la plus importante. Des études ont montré que plus la longueur d'onde de la lumière est courte, plus la détérioration de la transmission de la lumière est grave, mais pour les longueurs d'onde supérieures à la lumière verte (c'est-à-dire supérieures à 560 nm), cet effet n'est pas grave. Lumileds a publié la courbe de test de durée de vie du dispositif de lumière blanche à LED de puissance et du dispositif de lumière blanche φ5 en 2003. Après 19kh, le flux lumineux du dispositif de puissance encapsulé avec de la résine de silicone peut encore maintenir 80 % du flux lumineux initial, tandis que la courbe de contraste encapsulée avec résine époxy s'exprime en Après 6kh, le taux de maintien du flux lumineux n'est que de 50%. Des expériences montrent que dans
Lorsque l'efficacité lumineuse de la puce est la même, la résine époxy proche de la puce devient évidemment jaune puis marron. Ce processus de dégradation évident est principalement causé par la détérioration du facteur de transmission de la lumière de la résine époxy causée par la lumière et l'élévation de température. Dans le même temps, dans les LED qui émettent de la lumière blanche à partir d'un luminophore jaune excité par la lumière bleue, le brunissement de la lentille d'encapsulation affecte sa réflectivité et rend la lumière bleue émise insuffisante pour exciter le luminophore jaune, ce qui entraîne des changements d'efficacité et de distribution spectrale. .
Pour l'emballage, un autre facteur important qui affecte la durée de vie des LED est la corrosion. Lors de l'utilisation de LED, la principale cause de corrosion est généralement que la vapeur d'eau pénètre dans le matériau d'emballage, entraînant la détérioration des conducteurs et la corrosion des fils de cuivre PCB ; parfois, des ions conducteurs mobiles introduits avec de la vapeur d'eau résident à la surface de la puce, entraînant des fuites. De plus, un appareil avec une mauvaise qualité d'emballage aura un grand nombre de bulles d'air résiduelles à l'intérieur du corps de l'emballage, et ces bulles d'air résiduelles provoqueront également la corrosion de l'appareil.
(3) Échec de surcharge thermique
La température a toujours été un facteur important affectant les propriétés optiques des LED. Lors de l'étude du mode de défaillance des LED, les chercheurs nationaux et étrangers considèrent la température de l'environnement de travail comme le stress accéléré pour mener des expériences de durée de vie accélérée des LED. En effet, en partant du principe que la résistance thermique du système LED reste inchangée, la température des joints de soudure des fils du boîtier augmentera et la température de jonction augmentera également, entraînant une défaillance prématurée de la LED.
Figure : Le schéma de structure du modèle de la LED haute puissance et la température ambiante de fonctionnement sont
(a) Relation entre la puissance de rayonnement et le temps d'accélération à 120°C, (b) 100°C et (c) 80°C. Hsu et al. ont mené des expériences de durée de vie accélérée sur des échantillons de LED fournis par différents fabricants.
Le test place les échantillons de LED à 80, 100 et 120 °C, respectivement, et les pilote avec une tension de 3,2 V. Il est stipulé que lorsque la puissance optique de l'échantillon tombe à 50% de la valeur initiale, il est jugé comme un échec. Les résultats expérimentaux de la Fig. 1 montrent que la durée de vie de la LED haute puissance diminue avec l'augmentation de la température expérimentale de durée de vie accélérée et l'augmentation du temps d'accélération. Dans l'expérience de durée de vie accélérée, l'augmentation de la température de jonction de la LED entraînera la mutation du matériau en résine époxy, augmentant ainsi la résistance thermique du système, provoquant une dégradation de la surface chauffée entre la puce et le boîtier, et conduisant finalement à la défaillance du colis.
(4) Échec de surcharge électrique
Si la LED est utilisée en cas de surintensité (EOS) ou si la puce est endommagée par un choc électrostatique (ESD), la puce s'ouvrira, ce qui entraînera une panne de surcharge électrique. Par exemple, le GaN est un matériau à large bande interdite. La résistivité est plus élevée. Si ce type de puce est utilisé, l'induction causée par l'électricité statique pendant le processus de production
La charge générée n'est pas facile à disparaître. Lorsqu'il s'accumule dans une mesure considérable, une tension électrostatique élevée peut être générée. Une fois que cette tension dépasse la capacité portante du matériau, un phénomène de claquage se produit et une décharge se produit, provoquant la défaillance de l'appareil.
2. Mesures d'amélioration
Grâce à l'analyse des principaux modes de défaillance des LED présentés ci-dessus, nous pouvons apprendre des méthodes techniques pour améliorer la durée de vie réelle des LED.
(1) Technologie de dissipation thermique
La technologie de dissipation thermique a toujours été un lien important affectant les applications LED. Si le dispositif LED ne peut pas être dissipé dans le temps, la température de jonction de la puce sera sérieusement augmentée, puis l'efficacité lumineuse chutera fortement et la fiabilité (telle que la durée de vie, le changement de couleur, etc.) se détériorera ; Dans le même temps, une température élevée et une chaleur élevée génèrent des contraintes mécaniques à l'intérieur de la structure du boîtier LED, ce qui peut en outre entraîner une série de problèmes de fiabilité [5]. Par conséquent, dans le processus de fabrication, une base avec une bonne conductivité thermique peut être sélectionnée, et la zone de dissipation thermique de la LED peut être rendue aussi grande que possible, augmentant ainsi les performances de dissipation thermique du dispositif.
(2) Technologie antistatique
Un gros problème dans l'utilisation des LED utilisant le GaN comme puce est l'effet électrostatique. Si ce problème n'est pas traité correctement, il affectera sérieusement la durée de vie de l'appareil. Par conséquent, dans la conception des LED, la conception antistatique doit être pleinement prise en compte pour éviter les pannes de l'appareil telles que les pannes dues à une tension électrostatique élevée.
(3) Technologie d'emballage
Le matériau de résine époxy utilisé pour l'encapsulation entraînera la détérioration de sa transmission de la lumière en raison de l'augmentation de la lumière et de la température. Lors de l'utilisation, le matériau de résine époxy transparent d'origine brunira, ce qui affectera la distribution de puissance spectrale d'origine de l'appareil. Par conséquent, lors de l'encapsulation des LED, nous devons contrôler strictement la température de durcissement pour éviter un vieillissement prématuré de la résine époxy lors de l'encapsulation.
D'autre part, afin d'éviter la corrosion de l'appareil, tout en sélectionnant le matériau d'emballage avec une bonne transparence, il est nécessaire de faire attention aux bulles d'air à l'intérieur du matériau autant que possible pendant le processus de moulage par injection, afin de réduire la quantité résiduelle de vapeur d'eau et réduire la corrosion de l'appareil. probabilité.
(4) Optimiser le processus de fabrication
Des conditions de liaison appropriées sont requises dans le processus de fabrication des LED. Si la liaison est trop grande, la puce sera écrasée. Sinon, la force de liaison de l'appareil sera insuffisante et l'appareil sera facilement desserré. Par conséquent, tout en garantissant la force de liaison du dispositif, il est nécessaire de minimiser les dommages causés par le processus de liaison à la puce, de manière à atteindre l'objectif d'optimisation du processus de liaison.
Lors du collage de puces, il est nécessaire de contrôler la température et le temps dans une plage appropriée, de sorte que la soudure puisse répondre aux exigences du processus telles qu'une contrainte résiduelle dense, sans vide et faible.
(5) Dépistage raisonnable
Avant que la LED ne quitte l'usine, un processus de dépistage peut être ajouté, c'est-à-dire qu'un test de vieillissement et de dépistage raisonnable est effectué sur certains des échantillons, et certains appareils susceptibles de tomber en panne prématurément sont éliminés, afin de réduire la défaillance prématurée de la LED en utilisation réelle.
en conclusion
En résumé, bien que les LED aient une durée de vie théorique élevée, en utilisation réelle, en raison de facteurs tels que les puces, l'emballage et le stress, le temps d'utilisation est loin de la valeur théorique attendue. Afin d'améliorer réellement la durée de vie des LED, d'autres recherches, explorations et pratiques sont nécessaires, à la fois en termes de processus de fabrication et de niveau d'application. Avec le développement continu de la technologie LED, de nouveaux problèmes sont inévitables. Cependant, tant que la cause première de la défaillance des LED peut être appréhendée, les performances des dispositifs LED peuvent être améliorées dans la pratique, et cette nouvelle source de lumière peut être promue au premier plan du champ d'application pour mieux servir la production et la vie.
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