Epoksükapseldatud vananemisnähtused ja nende mõju LED-i jõudlusele

 

LED (Light Emitting Diode) on uut tüüpi suure tõhususega, energiasäästlik ja pika elueaga valgusallikas, mida on laialdaselt kasutatud sellistes valdkondades nagu valgustus ja ekraan. Tänu oma heale optilisele, elektriisolatsiooni ja mehaanilisele jõudlusele on epoksüvaigust saanud laialt levinud materjal epoksiidiga kapseldatud LED. Pikaajalisel kasutamisel toimub aga epoksüvaigul paratamatult vananemisnähtused, mis mõjutavad oluliselt LED-ide jõudlust. Epoksüvaigu vananemisnähtuste ja nende mõju LED-tulemusele on põhjalik uurimine LED-toodete kvaliteedi ja töökindluse parandamiseks.

Epoksükapseldatud LED-ide struktuur ja põhimõte

LED-kiip on valgusdioodi põhikomponent, mis kiirgab valgust, ning selle tekitatud valgust tuleb kapselmaterjali kaudu optiliselt kaitsta ja optimeerida. An epoksiidiga kapseldatud LED koosneb tavaliselt LED-kiibist, elektroodidest, tugiraamist ja epoksiidist kapslikihist. Epoksükapseldamise kiht ei mängi mitte ainult rolli kiibi kaitsmisel väliskeskkonna eest, vaid võib parandada ka LED-i optilist jõudlust, näiteks suurendada valguse eraldamise efektiivsust ja värvi konsistentsi.

 

Epoksüvaigu vananemisnähtused pikaajalisel kasutamisel

(1) Optilise vananemise nähtused

1. Kollane: Pikaajalisel kasutamisel, eriti selliste tegurite nagu ultraviolettkiirguse ja kuumuse mõjul, muutub epoksüvaik kollaseks. Põhjus on selles, et epoksüvaigu molekulide keemilised sidemed katkevad ja reorganiseeritakse, tekitades kromofoorseid aineid, mis põhjustavad epoksüvaigu värvi kollaseks muutumist. Kollaseks muutumine vähendab epoksüvaigu valguse läbilaskvust, mõjutades LED-i valgustugevust ja värviomadusi.
2. Suurenenud valguse hajumine: Vananemise edenedes võivad epoksüvaigu sees tekkida väikesed praod, mullid või lisandiosakesed. Need vead suurendavad valguse hajumist epoksüvaigus. Valguse hajumise suurenemine muudab LED-i kiirgava valguse lahknevamaks, vähendades valguse suunatavust ja heledust.

(2) Füüsilise vananemise nähtused

1. Kõvaduse ja tugevuse vähenemine: Termiliste tsüklite, mehaanilise pinge jne pikaajaline toime põhjustab epoksüvaigu molekulaarsete ahelate lõdvestamist ja purunemist, mille tulemuseks on selle kõvaduse ja tugevuse vähenemine. Kõvaduse ja tugevuse vähenemine nõrgendab LED-kiibi epoksükapseldamise kihi kaitsevõimet, suurendades ohtu, et välismaailm võib kiipi mehaaniliselt kahjustada.
2. Mõõtmete muutus: Epoksüvaik paisub ja tõmbub kokku erinevatel temperatuuri- ja niiskustingimustel. Pikaajalised soojuspaisumise ja kokkutõmbumise tsüklid põhjustavad epoksiidist kapslikihis sisemist pinget, mis põhjustab mõõtmete muutusi. Mõõtmete muutused võivad põhjustada lünkade tekkimist kapselduskihi, kiibi ja tugiraami vahel, mis mõjutavad LED-i elektrilist jõudlust ja tihedust.

(3) Keemilise vananemise nähtused

1. Hüdrolüüsi reaktsioon: Niiskes keskkonnas võivad keemilised sidemed, näiteks epoksüvaigu estersidemed, läbida hüdrolüüsireaktsioone. Hüdrolüüsireaktsioon purustab epoksüvaigu molekulaarahelad, vähendades selle molekulmassi ja jõudlust. Hüdrolüüsil tekkivad happelised ained võivad ka LED-kiipi ja elektroode korrodeerida, mõjutades LED-i elektrilist jõudlust.
2. Oksüdatsioonireaktsioon: epoksüvaik läbib kõrge temperatuuri ja hapniku toimel oksüdatsioonireaktsiooni, tekitades mõned funktsionaalrühmad, nagu karbonüülrühmad ja karboksüülrühmad. Oksüdatsioonireaktsioon muudab epoksüvaigu keemilist struktuuri ja jõudlust, muutes selle rabedamaks ja ebastabiilsemaks.

 

Epoksüvaigu vananemise mõju LED-i jõudlusele

(1) Mõju optilisele jõudlusele

1. Valgusefektiivsuse vähenemine: Epoksüvaigu kollaseks muutumine ja suurem valguse hajumine neelavad ja hajuvad rohkem valgust, vähendades seega LED-i valgusvoogu ja valguse efektiivsust. Uuringud näitavad, et kui epoksüvaigu kollasus on tugev, võib LED-i valgusefektiivsus väheneda rohkem kui 10%.
2. Värvi triiv: Epoksüvaigu vananemine muudab selle erineva lainepikkusega valguse läbilaskvust ja hajumist, põhjustades LED-i kiiratava valguse värvi triivimist. Värvitriiv mõjutab LED-i värvide ühtlust ja täpsust valgustus- ja kuvarakendustes.

(2) Mõju elektritõhususele

1. Elektriisolatsiooni jõudluse vähenemine: Vananemisreaktsioonid, nagu epoksüvaigu hüdrolüüs ja oksüdatsioon, tekitavad selles mõningaid ioonseid aineid, mis vähendavad epoksüvaigu elektriisolatsioonivõimet. Elektriisolatsiooni jõudluse vähenemine võib põhjustada lekke LED-kiibi ja tugiraami vahel, mis mõjutab LED-i tavapärast tööd.
2. Kontaktikindluse suurenemine: Kapselduskihi mõõtmete muutused ja epoksüvaigu vananemisest põhjustatud liidese tühimikud võivad põhjustada kiibi ja elektroodide vahelise halva kontakti, suurendades kontakttakistust. Kontakttakistuse suurenemine mitte ainult ei suurenda LED-i energiatarbimist, vaid võib põhjustada ka kiibi kohalikku ülekuumenemist, kiirendades LED-i vananemist.

(3) Mõju soojustõhususele

1. Soojuseraldusvõime halvenemine: Pärast epoksüvaigu vananemist võivad sisemised soojusjuhtivuse teed kahjustada saada, mille tulemuseks on soojusjuhtivuse vähenemine. Soojuse hajumise jõudluse halvenemine raskendab LED-kiibi tekitatud soojuse tõhusat hajutamist, mis suurendab kiibi temperatuuri ja mõjutab seega LED-i valgustugevust ja eluiga.
2. Termilise stressi suurenemine: Epoksiidvaigu vananemisest põhjustatud mõõtmete muutused ja kõvaduse vähenemine põhjustavad termiliste tsüklite ajal LED-is suuremat termilist pinget. Termilise pinge suurenemine võib põhjustada pragude või delaminatsiooni tekkimist kiibi, tugiraami ja kapselduskihi vahel, mis halvendab veelgi LED-i jõudlust.

 

Epoksiidvaigu vananemise ennetus- ja leevendamismeetmed

(1) Epoksüvaigu valemi optimeerimine

1. Vananemisvastaste ainete lisamine: Vananemisvastaste ainete, näiteks ultraviolettkiirguse absorbeerijate, antioksüdantide ja hüdrolüüsivastaste ainete lisamine epoksüvaikule võib tõhusalt pärssida epoksüvaigu vananemisreaktsioone. Näiteks sobiva koguse ultraviolettkiirguse absorbeerijate lisamine võib vähendada ultraviolettkiirte kahjustusi epoksüvaigule ja aeglustada kollasuse teket.
2. Sobiva kõvendi valimine: erinevad kõvendid mõjutavad epoksüvaigu kõvenemise astet ja jõudlust. Sobiva kõvendi valimine võib suurendada epoksüvaigu ristsidumise tihedust ja stabiilsust ning parandada selle vananemisvastast võimet.

(2) Kapseldamise protsessi täiustamine

1. Kõvenemistingimuste kontrollimine: epoksüvaigu kõvenemistemperatuuri, aja ja rõhu jne täpne reguleerimine võib tagada epoksüvaigu täieliku kõvenemise ja vähendada sisemiste defektide teket. Optimeeritud kõvenemistingimused aitavad parandada epoksiidist kapslikihi kvaliteeti ja jõudlust.
2. Kapseldamise tihendamise parandamine: Täiustatud kapseldamisprotsesside ja tihendusmaterjalide kasutuselevõtt, et parandada LED-kapsli tihedust, vältides väliste keskkonnategurite, nagu niiskus ja hapnik, sattumist epoksükapslikihti, aeglustades seega epoksüvaigu vananemiskiirust.

(3) Kasutuskeskkonna optimeerimine

1. Temperatuuri ja niiskuse reguleerimine: proovige juhtida LED-i töökeskkonna temperatuuri ja niiskust sobivas vahemikus ning vältige LED-i töötamist kõrge temperatuuri ja niiskusega keskkonnas pikka aega. Valgusdioodi kasutuskeskkonna parandamiseks saab võtta soojuse hajumise disaini ja niiskuskindlaid meetmeid.
2. Ultraviolettkiirguse vähendamine: LED-ide kasutamisel proovige vähendada ultraviolettkiirte kiiritamist epoksükapslikihile. Näiteks võib LED-i pinnale lisada ultraviolettkiirguse kaitsekihi või kasutada ultraviolettkiirgust taluvaid kapseldusmaterjale.

Järeldus

Pikaajalisel kasutamisel, epoksiidiga kapseldatud LED kogeb mitmesuguseid vananemisnähtusi, sealhulgas optilisi, füüsikalisi ja keemilisi aspekte. Need vananemisnähtused mõjutavad märkimisväärselt LED-ide optilist, elektrilist ja termilist jõudlust. Selliste meetmete abil nagu epoksüvaigu valemi optimeerimine, kapseldamise protsessi parandamine ja kasutuskeskkonna optimeerimine saab tõhusalt ennetada ja leevendada epoksüvaigu vananemist ning parandada LED-ide töökindlust ja kasutusiga. Tulevikus muutuvad LED-tehnoloogia pideva arenguga epoksükapslimaterjalide jõudlusnõuded aina kõrgemaks. LED-tööstuse arendusvajaduste rahuldamiseks on vaja läbi viia täiendavaid põhjalikke uuringuid epoksüvaigu vananemismehhanismi ja vananemisvastase tehnoloogia kohta. Samal ajal on vaja tugevdada ka LED-toodete vananemise jälgimist ja hindamist tegeliku kasutamise ajal, et luua täpsem alus LED-toodete kvaliteedikontrolliks ja jõudluse optimeerimiseks.

Lisateavet kapseldatud epoksiidi parimate vananemisnähtuste valimise ja nende mõju kohta LED-tulemusele saate külastada DeepMateriali aadressil https://www.epoxyadhesiveglue.com/category/epoxy-adhesives-glue/ rohkem infot.