השפעת עטיית שרף אפוקסי על המאפיינים האופטיים של נוריות LED

 

LED (דיודה פולטת אור), כסוג חדש של מקור אור בעל יעילות גבוהה וחסכון באנרגיה, נעשה שימוש נרחב בתחומים רבים כגון תאורה ותצוגה. שרף אפוקסי, בשל השקיפות האופטית הטובה שלו, תכונות הבידוד והביצועים המכניים שלו, הפך לחומר נפוץ במעטפת LED. המאפיינים האופטיים של נוריות LED (כגון עוצמת האור, עקביות הצבע, הפצה זוויתית וכו') משפיעות ישירות על הביצועים שלהן בתרחישי יישומים שונים ועל חווית המשתמש. ולכיסת שרף אפוקסי, כחוליה מרכזית בתהליך ייצור ה-LED, יש השפעה מכרעת על המאפיינים האופטיים של נורות LED. מחקר מעמיק על ההשפעה של עטיית שרף אפוקסי על המאפיינים האופטיים של נורות LED יש משמעות רבה לשיפור האיכות של מוצרי LED והרחבת תחומי היישום שלהם.

המאפיינים של שרף אפוקסי ומעטפת LED

שרף אפוקסי הוא שרף תרמוסטי עם שקיפות אופטית מעולה, המאפשר לאור הנפלט משבב ה-LED לעבור דרך חומר המעטפת עד כמה שניתן. מקדם השבירה שלו הוא בדרך כלל סביב 1.5, וזה שונה מזה של החומרים של שבב LED (כגון GAN וכו'). במהלך תהליך העטיפה, לאחר ערבוב שרף האפוקסי עם חומר הריפוי, מתרחשת תגובה צולבת באמצעות חימום ושיטות אחרות ליצירת מבנה רשת תלת מימדי של מוצק. לשרף האפוקסי הנרפא יש חוזק מכני טוב ויציבות כימית, שיכולים להגן על שבב ה-LED מהשפעת הסביבה החיצונית וגם להשפיע באופן משמעותי על התכונות האופטיות של ה-LED.

 

ההשפעה של מעטפת שרף אפוקסי על עוצמת האור של נוריות LED

(א) שקיפות אופטית והפצת אור

השקיפות האופטית של שרף אפוקסי היא אחד הגורמים החשובים המשפיעים על עוצמת האור של נוריות LED. אם יש זיהומים, בועות או אשפרה לא מלאה בשרף האפוקסי במהלך תהליך הריפוי, זה יגרום לאור להתפזר ולהיספג במהלך תהליך ההתפשטות, ובכך להפחית את העברת האור ולהפחית את עוצמת האור של ה-LED. לדוגמה, בועות זעירות ישנו את נתיב ההתפשטות של האור, ויגרמו לאור לשקף ולהישבר מספר פעמים, ולהגדיל את אובדן האור בתוך שרף האפוקסי. והנוכחות של זיהומים תספוג אור באורכי גל ספציפיים, ותפחית עוד יותר את עוצמת האור. לכן, שיפור טוהר שרף האפוקסי ואיכות הריפוי והפחתת פגמים פנימיים חיוניים להגברת עוצמת האור של ה-LED.

(ב) התאמת אינדקס השבירה

מידת התאמת מקדם השבירה בין שבב ה-LED לשרף האפוקסי משפיעה גם על עוצמת האור. כאשר האור הנפלט משבב ה-LED חודר לשרף האפוקסי מהשבב, אם מדדי השבירה של השניים שונים מאוד, תתרחש שבירה והשתקפות גדולים, וכתוצאה מכך חלק מהאור לא יוכל לצאת ביעילות משרף האפוקסי, ובכך להפחית את עוצמת האור. על ידי בחירת שרף אפוקסי מתאים או הוספת מקדם השבירה לשרף האפוקסי, ניתן לייעל את התאמת מקדם השבירה, להפחית את אובדן ההחזר של האור, לשפר את יעילות צימוד האור, וכך ניתן להגדיל את עוצמת האור של ה-LED. לדוגמה, שימוש בשרף אפוקסי בעל מקדם שבירה גבוה יכול לאפשר ליותר אור להיכנס לשרף האפוקסי מהשבב ולהפחית את השתקפות האור בממשק.

(ג) עובי האנקפסולציה

לעובי המעטפת של שרף האפוקסי יש גם השפעה מסוימת על עוצמת האור של ה-LED. שכבת עטיפה עבה יותר תגביר את נתיב ההתפשטות של האור בתוך שרף האפוקסי ובכך תגדיל את הסיכויים לפיזור וספיגת האור ותפחית את עוצמת האור. בנוסף, שכבת עטיפה עבה מדי עלולה גם לגרום להצטברות חום סביב השבב, להשפיע על ביצועי השבב ולהפחית בעקיפין את עוצמת האור. עם זאת, עובי המעטפת אינו יכול להיות דק מדי, אחרת הוא אינו יכול לספק הגנה מכנית מספקת ואחידות אופטית. לכן, בהתאם לדרישות היישום הספציפיות והמאפיינים של שבב LED, עובי המעטפת של שרף האפוקסי צריך להיות בשליטה סבירה כדי להשיג את עוצמת האור הטובה ביותר.

 

ההשפעה של עטיית שרף אפוקסי על עקביות הצבע של נוריות LED

(א) שינוי אינדקס השבירה ושינוי צבע

כאמור לעיל, מקדם השבירה של שרף האפוקסי יושפע מגורמים רבים, כגון תנאי אשפרה, טמפרטורה, לחות ועוד. כאשר מקדם השבירה של שרף האפוקסי ישתנה, ישתנו גם מהירות ההתפשטות וזווית השבירה של אור באורכי גל שונים בו, וכתוצאה מכך שינוי צבע. לדוגמה, עלייה בטמפרטורה עלולה לגרום לירידה באינדקס השבירה של שרף האפוקסי, מה שהופך את מהירות ההתפשטות של האור האדום למהירה יחסית ומהירות ההתפשטות של האור הכחול לאט יותר באופן יחסי, מה שגורם לצבע האור הנפלט מה-LED לעבור לאדום. לכן, במהלך תהליך עטיית ה-LED, יש לשלוט בקפדנות על תנאי הריפוי וסביבת העבודה כדי להבטיח את יציבות מקדם השבירה של שרף האפוקסי ובכך להבטיח עקביות צבע.

(ב) פיזור ואחידות של זרחן

בנורות LED לבנות, בדרך כלל מוסיפים זרחנים לשרף האפוקסי כדי להשיג פליטת אור לבן. לאחידות הפיזור של הזרחנים יש השפעה חשובה על עקביות הצבע של ה-LED. אם הזרחנים אינם מפוזרים בצורה אחידה בשרף האפוקסי, זה יוביל לריכוזי זרחן שונים באזורים שונים, וכתוצאה מכך הבדלי צבע באור הנפלט מאזורים שונים. לדוגמה, ריכוז זרחן גבוה מדי באזור מקומי יגרום לאור הנפלט מאותו אזור להיות צהוב, בעוד שהאזור עם ריכוז זרחן נמוך עשוי להטות לכחול. על מנת לשפר את אחידות הפיזור של הזרחנים, ניתן להשתמש בתהליך ערבוב מתאים ותוספים על מנת להבטיח שהזרחנים מחולקים בצורה אחידה בשרף האפוקסי.

(ג) הזדקנות שרף אפוקסי ושינוי צבע

עם הזמן ועם שינויים בסביבת השימוש, שרף האפוקסי יעבור תופעות התיישנות כמו הצהבה, פירוק וכו'. תופעות התיישנות אלו ישנו את התכונות האופטיות של שרף האפוקסי ובכך ישפיעו על עקביות הצבע של הלד. לדוגמה, הצהבה של שרף האפוקסי יספוג מעט אור כחול, ויגרום לצבע האור הנפלט מה-LED לעבור לכיוון צהוב. על מנת לעכב את ההזדקנות של שרף האפוקסי ולשפר את יציבות הצבע, ניתן להוסיף לשרף האפוקסי חומרים אנטי אייג'ינג, בולמי אולטרה סגול ותוספים נוספים. במקביל, ניתן לייעל את מבנה המעטפת כדי להפחית את השפעת הסביבה החיצונית על שרף האפוקסי.

 

השפעת עטיית שרף אפוקסי על התפלגות הזווית של נוריות LED

(א) צורת אנקפסולציה ושבירה של אור

צורת המעטפת של שרף האפוקסי תשפיע על כיוון השבירה וההתפשטות של האור, ובכך תשנה את חלוקת הזווית של ה-LED. צורות אנקפסולציה נפוצות כוללות מעגליות, ריבועיות, חצי כדוריות וכו'. צורות אנקפסולציה שונות יגרמו לזוויות תקלות שונות של האור על פני שרף האפוקסי, ובכך ישפיעו על זווית השבירה וכיוון היציאה של האור. לדוגמה, עטיפה חצי כדורית יכולה לגרום לאור להתפזר באופן שווה יותר לכל הכיוונים, ולהשיג פיזור זוויתי רחב יותר; בעוד עטיפה מרובעת עלולה לגרום לאור להתרכז בכיוונים מסוימים, וליצור התפלגות זוויתית צרה יותר. לכן, בהתאם לדרישות היישום הספציפיות, בחירת צורת עטיפה מתאימה יכולה להתאים את ההתפלגות הזוויתית של ה-LED כדי לעמוד בדרישות תאורה ותצוגה שונות.

(ב) שיפוע אינדקס שבירה ובקרת אור

על ידי יצירת שיפוע מקדם השבירה בשרף האפוקסי, ניתן להשיג שליטה מדויקת יותר באור, ובכך לשנות את חלוקת הזווית של ה-LED. לדוגמה, ניתן להשתמש בחומר שרף אפוקסי עם מקדם שבירה שיפוע כדי לשנות בהדרגה את כיוון האור במהלך תהליך ההתפשטות כדי להשיג פיזור זוויתי ספציפי. בנוסף, ניתן להוסיף מיקרו-מבנים (כגון מערכי מיקרו-עדשות) על פני השטח של שרף האפוקסי, ולהשתמש בהשפעות השבירה וההשתקפות של המיקרו-מבנים כדי להתאים עוד יותר את זווית היציאה של האור כדי להשיג פיזור זוויתי צר או רחב יותר.

(ג) השפעת תהליך האנקפסולציה על ההתפלגות הזוויתית

הדיוק והעקביות של תהליך העטיפה ישפיעו גם על ההתפלגות הזוויתית של ה-LED. לדוגמא, במהלך תהליך המעטפת בחלוקה, אם כמות הדבק אינה אחידה או מיקום ההפקה אינו מדויק, הדבר יוביל לפיזור לא אחיד של שרף האפוקסי סביב שבב ה-LED, ובכך ישפיע על התפשטות האור ועל פיזור הזוויתי. בנוסף, שליטה לא נכונה של הטמפרטורה והזמן במהלך תהליך הריפוי עלולה לגרום גם להתכווצות לא אחידה של שרף האפוקסי, לשנות את הצורה והמאפיינים האופטיים של המעטפת, ובכך להשפיע על הפיזור הזוויתי. לכן, ייעול תהליך העטיפה ושיפור דיוק ועקביות התהליך חיוניים להבטחת יציבות ההתפלגות הזוויתית של ה-LED.

 

שיטות לאופטימיזציה של מעטפת שרף אפוקסי לשיפור המאפיינים האופטיים של נוריות LED

(א) בחירת חומרים ואופטימיזציה

בחירת שרף אפוקסי בעל טוהר גבוה ותכולת טומאה נמוכה, כמו גם חומר ריפוי ותוספים בעלי תאימות טובה לשרף האפוקסי, היא הבסיס לשיפור התכונות האופטיות של ה-LED. במקביל, על פי דרישות יישום ספציפיות, ניתן לבחור חומר שרף אפוקסי בעל מקדם שבירה ספציפי, יציבות תרמית ותכונות אופטיות. לדוגמה, עבור נוריות LED בעלות הספק גבוה, בחירת שרף אפוקסי עם מוליכות תרמית גבוהה והיגרוסקופיות נמוכה יכולה להפחית ביעילות את הטמפרטורה של השבב ולהפחית את הירידה בתכונות האופטיות.

(ב) שיפור תהליך האנקפסולציה

אופטימיזציה של תהליך האנקפסולציה, כגון שליטה מדויקת בכמות ההפקה, מיקום ההפקה ותנאי הריפוי, יכולה לשפר את הדיוק והעקביות של המעטפת ולהפחית את התנודות בתכונות האופטיות. אימוץ טכנולוגיות אנקפסולציה מתקדמות, כגון אריזת Flip-Chip, אריזה בקנה מידה שבב וכדומה, יכולה לקצר את מסלול ההתפשטות של האור, להפחית את אובדן האור ולשפר את עוצמת האור ואת יציבות המאפיינים האופטיים. בנוסף, הכנסת טכנולוגיית עיבוד מיקרו-ננו לייצור מיקרו-מבנים על פני שרף האפוקסי יכולה להשיג שליטה מדויקת יותר באור ולשפר את הפיזור הזוויתי.

(ג) בדיקת איכות ובקרה

הקמת מערכת בדיקת איכות מלאה לבדיקה מקיפה של המאפיינים האופטיים של נוריות ה-LED מכוסות בשרף אפוקסי, כולל זיהוי אינדיקטורים כגון עוצמת האור, עקביות הצבע ופיזור זוויתי. באמצעות ניטור וניתוח נתונים בזמן אמת, ניתן לגלות ולפתור בעיות המתרחשות במהלך תהליך העטיפה בזמן אמת על מנת להבטיח את היציבות והעקביות של איכות המוצר.

סיכום

עטיית שרף אפוקסי יש השפעה משמעותית על המאפיינים האופטיים (עוצמת האור, עקביות הצבע, הפצה זוויתית וכו') של נוריות LED. על ידי הבנה מעמיקה של הקשר בין המאפיינים של שרף אפוקסי, תהליך העטיפה, תהליך הריפוי והמאפיינים האופטיים של נוריות LED, ניתן לנקוט באמצעים מתאימים כדי לייעל את תהליך העטיפה ולשפר את התכונות האופטיות של נוריות. בפיתוח העתידי, עם ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית ה-LED וההרחבה המתמשכת של תחומי היישום, גם הדרישות למעטפת שרף אפוקסי יהפכו גבוהות יותר ויותר. אנו צריכים לחקור ללא הרף חומרים, תהליכים וטכנולוגיות חדשים כדי לענות על הצרכים של תעשיית ה-LED למוצרים בעלי ביצועים גבוהים ואמינות גבוהה ולקדם את הפיתוח בר-קיימא של תעשיית ה-LED.

למידע נוסף על בחירת ההשפעה הטובה ביותר של עטיית שרף אפוקסי על התכונות האופטיות של נוריות LED, אתה יכול לבקר ב-DeepMaterial בכתובת https://www.epoxyadhesiveglue.com/category/epoxy-adhesives-glue/ למידע נוסף.