Alterungsphänomene von Epoxidharzkapseln und ihre Auswirkungen auf die LED-Leistung

 

LED (Leuchtdiode) ist eine neuartige, hocheffiziente, energiesparende und langlebige Lichtquelle und findet breite Anwendung in Bereichen wie Beleuchtung und Display. Aufgrund seiner guten optischen Eigenschaften, elektrischen Isolationseigenschaften und mechanischen Eigenschaften ist Epoxidharz ein häufig verwendetes Material für epoxidgekapselte LEDBei längerem Gebrauch altert Epoxidharz jedoch unweigerlich, was die Leistung der LEDs erheblich beeinträchtigt. Um die Qualität und Zuverlässigkeit von LED-Produkten zu verbessern, ist eine eingehende Erforschung der Alterungserscheinungen von Epoxidharz und ihrer Auswirkungen auf die LED-Leistung von großer Bedeutung.

Aufbau und Prinzip von Epoxidharz-verkapselten LEDs

Der LED-Chip ist die Kernkomponente einer LED zur Lichtemission. Das von ihm erzeugte Licht muss durch das Verkapselungsmaterial geschützt und optisch optimiert werden. Ein epoxidgekapselte LED besteht üblicherweise aus einem LED-Chip, Elektroden, einem Trägerrahmen und einer Epoxid-Verkapselungsschicht. Die Epoxid-Verkapselungsschicht schützt den Chip nicht nur vor äußeren Einflüssen, sondern kann auch die optische Leistung der LED verbessern, beispielsweise durch eine höhere Lichtausbeute und Farbkonsistenz.

 

Alterungserscheinungen von Epoxidharz im Langzeitgebrauch

(1) Optische Alterungsphänomene

1. Gelbfärbung: Bei längerem Gebrauch, insbesondere unter Einwirkung von Faktoren wie UV-Strahlung und Hitze, vergilbt das Epoxidharz. Dies liegt daran, dass die chemischen Bindungen in den Epoxidharzmolekülen aufgebrochen und neu organisiert werden, wodurch farbgebende Substanzen entstehen, die die Farbe des Epoxidharzes gelblich verfärben. Die Vergilbung verringert die Lichtdurchlässigkeit des Epoxidharzes und beeinträchtigt die Lichtausbeute und die Farbeigenschaften der LED.
2. Erhöhte LichtstreuungMit fortschreitender Alterung können sich im Epoxidharz winzige Risse, Blasen oder Fremdpartikel bilden. Diese Defekte führen zu einer verstärkten Lichtstreuung im Epoxidharz. Die verstärkte Lichtstreuung führt dazu, dass das von der LED emittierte Licht divergiert, was zu einer Verringerung der Richtwirkung und Helligkeit des Lichts führt.

(2) Körperliche Alterungserscheinungen

1. Abnahme von Härte und Festigkeit: Die langfristige Einwirkung von thermischen Zyklen, mechanischer Belastung usw. führt dazu, dass sich die Molekülketten des Epoxidharzes entspannen und brechen, was zu einer Abnahme seiner Härte und Festigkeit führt. Die Abnahme von Härte und Festigkeit schwächt die Schutzwirkung der Epoxid-Verkapselungsschicht für den LED-Chip und erhöht das Risiko mechanischer Beschädigungen des Chips durch äußere Einflüsse.
2. Dimensionsänderung: Das Epoxidharz dehnt sich unter unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen aus und zieht sich zusammen. Die langfristigen thermischen Ausdehnungs- und Kontraktionszyklen verursachen innere Spannungen in der Epoxid-Verkapselungsschicht und führen somit zu Dimensionsänderungen. Dimensionsänderungen können zu Lücken an den Schnittstellen zwischen Verkapselungsschicht, Chip und Trägerrahmen führen, was die elektrische Leistung und die Abdichtung der LED beeinträchtigt.

(3) Chemische Alterungsphänomene

1. Hydrolysereaktion: In feuchter Umgebung neigen chemische Bindungen, wie beispielsweise Esterbindungen im Epoxidharz, zu Hydrolysereaktionen. Die Hydrolyse bricht die Molekülketten des Epoxidharzes auf, wodurch dessen Molekulargewicht und Leistungsfähigkeit reduziert werden. Die durch die Hydrolyse entstehenden sauren Substanzen können zudem den LED-Chip und die Elektroden korrodieren und so die elektrische Leistung der LED beeinträchtigen.
2. Oxidationsreaktion: Das Epoxidharz unterliegt unter Einwirkung von hohen Temperaturen und Sauerstoff einer Oxidationsreaktion, bei der funktionelle Gruppen wie Carbonylgruppen und Carboxylgruppen entstehen. Die Oxidationsreaktion verändert die chemische Struktur und die Eigenschaften des Epoxidharzes und macht es spröder und instabiler.

 

Auswirkungen der Alterung von Epoxidharz auf die LED-Leistung

(1) Auswirkungen auf die optische Leistung

1. Abnahme der Lichtausbeute: Die Vergilbung und erhöhte Lichtstreuung des Epoxidharzes führt dazu, dass mehr Licht absorbiert und gestreut wird, wodurch der von der LED emittierte Lichtstrom reduziert und die Lichtausbeute verringert wird. Untersuchungen zeigen, dass bei starker Vergilbung des Epoxidharzes die Lichtausbeute der LED um mehr als 10 % sinken kann.
2. Farbdrift: Durch die Alterung des Epoxidharzes verändern sich dessen Durchlässigkeit und Streuungseigenschaften für Licht unterschiedlicher Wellenlängen, wodurch die Farbe des von der LED emittierten Lichts driftet. Die Farbdrift beeinträchtigt die Farbkonsistenz und -genauigkeit der LED in Beleuchtungs- und Anzeigeanwendungen.

(2) Auswirkungen auf die elektrische Leistung

1. Abnahme der elektrischen IsolationsleistungAlterungsreaktionen wie Hydrolyse und Oxidation des Epoxidharzes führen zur Bildung ionischer Substanzen, die die elektrische Isolation des Epoxidharzes beeinträchtigen. Die verringerte elektrische Isolation kann zu Leckagen zwischen LED-Chip und Trägerrahmen führen und so den normalen Betrieb der LED beeinträchtigen.
2. Erhöhung des Kontaktwiderstands: Die durch die Alterung des Epoxidharzes verursachten Dimensionsänderungen der Verkapselungsschicht und die Entstehung von Schnittstellenlücken können zu einem schlechten Kontakt zwischen Chip und Elektroden führen und den Kontaktwiderstand erhöhen. Der erhöhte Kontaktwiderstand erhöht nicht nur den Stromverbrauch der LED, sondern kann auch zu einer lokalen Überhitzung des Chips führen und so die Alterung der LED beschleunigen.

(3) Auswirkungen auf die thermische Leistung

1. Verschlechterung der Wärmeableitungsleistung: Durch die Alterung des Epoxidharzes können die internen Wärmeleitpfade beschädigt werden, was zu einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit führt. Die dadurch verringerte Wärmeableitung erschwert die effektive Ableitung der vom LED-Chip erzeugten Wärme. Dies erhöht die Chiptemperatur und beeinträchtigt somit die Lichtausbeute und Lebensdauer der LED.
2. Zunahme der thermischen Belastung: Die durch die Alterung des Epoxidharzes verursachten Dimensionsänderungen und die verringerte Härte führen bei thermischen Zyklen zu einer stärkeren thermischen Belastung der LED. Die erhöhte thermische Belastung kann zu Rissen oder Delaminationen an den Schnittstellen zwischen Chip, Trägerrahmen und Verkapselungsschicht führen und so die Leistung der LED weiter beeinträchtigen.

 

Maßnahmen zur Vorbeugung und Minderung der Alterung von Epoxidharzen

(1) Optimierung der Epoxidharzformel

1. Zugabe von Alterungsschutzmitteln: Die Zugabe von Alterungsschutzmitteln wie UV-Absorbern, Antioxidantien und Hydrolyseschutzmitteln zum Epoxidharz kann dessen Alterungsreaktionen wirksam hemmen. Beispielsweise kann die Zugabe einer geeigneten Menge an UV-Absorbern die Schäden am Epoxidharz durch UV-Strahlen reduzieren und die Vergilbung verzögern.
2. Auswahl des geeigneten Härters: Unterschiedliche Härter beeinflussen den Aushärtungsgrad und die Leistung des Epoxidharzes. Die Wahl des geeigneten Härters kann die Vernetzungsdichte und Stabilität des Epoxidharzes erhöhen und seine Alterungsbeständigkeit verbessern.

(2) Verbesserung des Kapselungsprozesses

1. Kontrolle der Aushärtungsbedingungen: Die präzise Kontrolle von Aushärtungstemperatur, -zeit und -druck usw. des Epoxidharzes kann dessen vollständige Aushärtung sicherstellen und die Entstehung innerer Defekte reduzieren. Optimierte Aushärtungsbedingungen tragen zur Verbesserung der Qualität und Leistung der Epoxid-Verkapselungsschicht bei.
2. Verbesserung der Abdichtung der Kapselung: Durch den Einsatz fortschrittlicher Kapselungsprozesse und Dichtungsmaterialien wird die Abdichtung der LED-Kapselung verbessert, wodurch das Eindringen externer Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit und Sauerstoff in die Epoxid-Kapselungsschicht verhindert und so die Alterungsrate des Epoxidharzes verlangsamt wird.

(3) Optimierung der Nutzungsumgebung

1. Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit: Versuchen Sie, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der LED-Arbeitsumgebung in einem angemessenen Bereich zu halten und vermeiden Sie, dass die LED längere Zeit in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit betrieben wird. Wärmeableitungs- und Feuchtigkeitsschutzmaßnahmen können die Nutzungsumgebung der LED verbessern.
2. Reduzierung der UV-Strahlung: Beim Einsatz von LEDs sollte die UV-Strahlung auf der Epoxid-Verkapselungsschicht reduziert werden. Beispielsweise kann die Oberfläche der LED mit einer UV-Schutzschicht versehen oder UV-beständige Verkapselungsmaterialien verwendet werden.

Fazit

Bei längerem Gebrauch epoxidgekapselte LED LEDs unterliegen verschiedenen Alterungserscheinungen, darunter optischen, physikalischen und chemischen. Diese Alterungserscheinungen haben erhebliche Auswirkungen auf die optische, elektrische und thermische Leistung von LEDs. Durch Maßnahmen wie die Optimierung der Epoxidharzformel, des Verkapselungsprozesses und der Einsatzumgebung kann die Alterung des Epoxidharzes wirksam verhindert und gemildert sowie die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von LEDs verbessert werden. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der LED-Technologie werden auch die Leistungsanforderungen an Epoxidharz-Verkapselungsmaterialien stetig steigen. Um den Entwicklungsanforderungen der LED-Industrie gerecht zu werden, sind weitere, eingehende Forschungen zum Alterungsmechanismus und zur Anti-Aging-Technologie von Epoxidharzen erforderlich. Gleichzeitig ist es notwendig, die Alterungsüberwachung und -bewertung von LED-Produkten im praktischen Einsatz zu verstärken, um eine präzisere Grundlage für die Qualitätskontrolle und Leistungsoptimierung von LED-Produkten zu schaffen.

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