Pojav staranja epoksi inkapsuliranih in njihov vpliv na delovanje LED

 

LED (Light Emitting Diode), kot nova vrsta visoko učinkovitega, energetsko varčnega in dolgotrajnega vira svetlobe, se široko uporablja na področjih, kot sta razsvetljava in zaslon. Zaradi dobrih optičnih lastnosti, električne izolacije in mehanskih lastnosti je epoksidna smola postala pogosto uporabljen material za LED v epoksidni kapsuli. Vendar pa bo med dolgotrajno uporabo epoksidna smola neizogibno podvržena pojavom staranja, kar bo pomembno vplivalo na delovanje LED. Izvajanje poglobljenih raziskav o pojavih staranja epoksidne smole in njihovem vplivu na delovanje LED je zelo pomembno za izboljšanje kakovosti in zanesljivosti izdelkov LED.

Struktura in načelo epoksidnih inkapsuliranih LED

Čip LED je osrednja komponenta LED za oddajanje svetlobe, svetlobo, ki jo ustvarja, pa je treba zaščititi in optično optimizirati z materialom za kapsulacijo. An LED v epoksidni kapsuli običajno sestoji iz LED čipa, elektrod, podpornega okvirja in epoksidne inkapsulacijske plasti. Epoksi inkapsulacijski sloj ne igra samo vloge pri zaščiti čipa pred zunanjim okoljem, ampak lahko tudi izboljša optično zmogljivost LED, kot je povečanje učinkovitosti ekstrakcije svetlobe in barvne konsistence.

 

Pojav staranja epoksi smole med dolgotrajno uporabo

(1) Pojavi optičnega staranja

1. Porumenela: Med dolgotrajno uporabo, zlasti pod vplivom dejavnikov, kot so ultravijolični žarki in toplota, bo epoksidna smola podvržena pojavu rumenenja. To je zato, ker se kemične vezi v molekulah epoksidne smole prekinejo in reorganizirajo, pri čemer nastanejo nekatere kromoforne snovi, ki povzročijo, da barva epoksi smole postane rumena. Porumenelost bo zmanjšala prepustnost svetlobe epoksidne smole, kar bo vplivalo na svetlobno učinkovitost in barvne značilnosti LED.
2. Povečano sipanje svetlobe: Z napredovanjem staranja lahko v epoksidni smoli nastanejo drobne razpoke, mehurčki ali delci nečistoč. Te napake bodo povzročile povečanje sipanja svetlobe v epoksi smoli. Zaradi povečanega sipanja svetlobe bo svetloba, ki jo oddaja LED, bolj divergentna, kar zmanjša usmerjenost in svetlost svetlobe.

(2) Pojavi fizičnega staranja

1. Zmanjšanje trdote in moči: Dolgotrajno delovanje toplotnih ciklov, mehanskih obremenitev itd. bo povzročilo sprostitev in zlom molekularnih verig epoksidne smole, kar bo povzročilo zmanjšanje njene trdote in trdnosti. Zmanjšanje trdote in trdnosti bo oslabilo zaščitno sposobnost epoksidne enkapsulacijske plasti za LED čip, kar bo povečalo tveganje, da bi zunanji svet mehansko poškodoval čip.
2. Dimenzijska sprememba: Epoksidna smola se bo razširila in skrčila pod različnimi pogoji temperature in vlažnosti. Dolgotrajni cikli toplotnega raztezanja in krčenja bodo povzročili notranje napetosti v epoksidni inkapsulacijski plasti, kar bo povzročilo spremembe dimenzij. Spremembe dimenzij lahko povzročijo, da se na vmesnikih med inkapsulacijsko plastjo, čipom in nosilnim okvirjem pojavijo vrzeli, kar vpliva na električno zmogljivost in tesnjenje LED.

(3) Pojavi kemičnega staranja

1. Reakcija hidrolize: V vlažnem okolju so kemične vezi, kot so estrske vezi v epoksi smoli, nagnjene k reakcijam hidrolize. Reakcija hidrolize bo prekinila molekularne verige epoksidne smole, zmanjšala bo njeno molekulsko maso in učinkovitost. Kisle snovi, ki nastanejo pri hidrolizi, lahko tudi razjedajo LED čip in elektrode, kar vpliva na električno delovanje LED.
2. Reakcija oksidacije: Epoksidna smola bo podvržena oksidacijski reakciji pod delovanjem visoke temperature in kisika, pri čemer bodo nastale nekatere funkcionalne skupine, kot so karbonilne skupine in karboksilne skupine. Reakcija oksidacije bo spremenila kemično strukturo in delovanje epoksidne smole, zaradi česar bo bolj krhka in nestabilna.

 

Vpliv staranja epoksi smole na delovanje LED

(1) Vplivi na optično zmogljivost

1. Zmanjšanje svetlobne učinkovitosti: Porumenelost in povečano razprševanje svetlobe epoksidne smole bosta povzročila večjo absorbcijo in razpršenost svetlobe, s čimer se bo zmanjšal svetlobni tok, ki ga oddaja LED, in zmanjšala svetlobna učinkovitost. Raziskave kažejo, da ko je epoksidna smola močno porumenela, se lahko svetlobna učinkovitost LED zmanjša za več kot 10 %.
2. Color Drift: Staranje epoksidne smole bo spremenilo njeno prepustnost in sipanje za svetlobo različnih valovnih dolžin, zaradi česar se bo barva svetlobe, ki jo oddaja LED, spreminjala. Barvni premik bo vplival na barvno doslednost in natančnost LED v aplikacijah za razsvetljavo in zaslone.

(2) Vplivi na električno delovanje

1. Zmanjšanje učinkovitosti električne izolacije: Reakcije staranja, kot sta hidroliza in oksidacija epoksidne smole, bodo v njej ustvarile nekaj ionskih snovi, kar bo zmanjšalo električno izolacijo epoksi smole. Zmanjšanje učinkovitosti električne izolacije lahko povzroči puščanje med čipom LED in nosilnim okvirjem, kar vpliva na normalno delovanje LED.
2. Povečanje kontaktne odpornosti: Spremembe dimenzij inkapsulacijskega sloja in nastajanje vrzeli na vmesniku, ki jih povzroči staranje epoksidne smole, lahko povzročijo slab stik med čipom in elektrodami, kar poveča kontaktni upor. Povečanje kontaktnega upora ne bo samo povečalo porabe energije LED, ampak lahko povzroči tudi lokalno pregrevanje čipa, kar pospeši staranje LED.

(3) Vplivi na toplotno učinkovitost

1. Poslabšanje učinkovitosti odvajanja toplote: Po staranju epoksidne smole se lahko poškodujejo notranje prevodne poti toplote, kar povzroči zmanjšanje toplotne prevodnosti. Poslabšanje zmogljivosti odvajanja toplote bo otežilo učinkovito odvajanje toplote, ki jo ustvari čip LED, kar bo povečalo temperaturo čipa in tako vplivalo na svetlobno učinkovitost in življenjsko dobo LED.
2. Povečanje toplotne obremenitve: Spremembe dimenzij in zmanjšanje trdote, ki jih povzroči staranje epoksidne smole, bodo povzročile večjo toplotno obremenitev LED med termičnimi cikli. Povečanje toplotne obremenitve lahko privede do pojava razpok ali razslojevanja na vmesnikih med čipom, nosilnim okvirjem in inkapsulacijsko plastjo, kar dodatno poslabša delovanje LED.

 

Ukrepi za preprečevanje in ublažitev staranja epoksi smol

(1) Optimizacija formule epoksi smole

1. Dodajanje sredstev proti staranju: Dodajanje sredstev proti staranju, kot so absorberji ultravijoličnega sevanja, antioksidanti in sredstva proti hidrolizi, epoksidni smoli lahko učinkovito zavre reakcije staranja epoksidne smole. Na primer, dodajanje ustrezne količine ultravijoličnih absorberjev lahko zmanjša poškodbe ultravijoličnih žarkov na epoksi smolo in odloži pojav porumenelosti.
2. Izbira ustreznega sredstva za strjevanje: Različna sredstva za strjevanje bodo vplivala na stopnjo strjevanja in učinkovitost epoksi smole. Izbira ustreznega utrjevalca lahko poveča gostoto zamreženja in stabilnost epoksidne smole ter poveča njeno sposobnost proti staranju.

(2) Izboljšanje procesa enkapsulacije

1. Nadzor nad pogoji strjevanja: Natančno nadzorovanje temperature strjevanja, časa in tlaka itd. epoksidne smole lahko zagotovi, da je epoksidna smola popolnoma strjena, in zmanjša nastajanje notranjih napak. Optimizirani pogoji utrjevanja so v pomoč pri izboljšanju kakovosti in učinkovitosti epoksidne inkapsulacijske plasti.
2. Izboljšanje tesnjenja inkapsulacije: Sprejem naprednih postopkov inkapsulacije in tesnilnih materialov za izboljšanje tesnjenja inkapsulacije LED, preprečevanje vstopa zunanjih okoljskih dejavnikov, kot sta vlaga in kisik, v plast epoksidne inkapsulacije, s čimer se upočasni stopnja staranja epoksi smole.

(3) Optimiziranje okolja uporabe

1. Nadzor temperature in vlažnosti: Poskusite nadzorovati temperaturo in vlažnost delovnega okolja LED v ustreznem obsegu in se izogibajte dolgotrajnemu delovanju LED v okolju z visoko temperaturo in visoko vlažnostjo. Zasnovo za odvajanje toplote in ukrepe za zaščito pred vlago je mogoče sprejeti za izboljšanje okolja uporabe LED.
2. Zmanjšanje ultravijoličnega sevanja: Pri uporabi LED-diod poskusite zmanjšati obsevanje ultravijoličnih žarkov na epoksidni inkapsulacijski plasti. Na površino LED lahko na primer dodamo ultravijolično zaščitno plast ali uporabimo materiale za kapsulacijo z ultravijolično odpornostjo.

zaključek

Med dolgotrajno uporabo, LED v epoksidni kapsuli bodo izkusili različne pojave staranja, vključno z optičnimi, fizikalnimi in kemičnimi vidiki. Ti pojavi staranja bodo pomembno vplivali na optično, električno in toplotno delovanje LED. Z ukrepi, kot so optimizacija formule epoksidne smole, izboljšanje postopka inkapsulacije in optimizacija okolja uporabe, je mogoče učinkovito preprečiti in ublažiti staranje epoksidne smole ter izboljšati zanesljivost in življenjsko dobo LED. V prihodnosti bodo z nenehnim razvojem LED tehnologije zahteve glede učinkovitosti epoksidnih materialov za inkapsulacijo postajale vedno višje. Potrebno je izvesti nadaljnje poglobljene raziskave o mehanizmu staranja in tehnologiji proti staranju epoksi smole, da bi zadostili razvojnim potrebam industrije LED. Hkrati je treba okrepiti spremljanje staranja in vrednotenje izdelkov LED med dejansko uporabo, da se zagotovi natančnejša osnova za nadzor kakovosti in optimizacijo delovanja izdelkov LED.

Za več informacij o izbiri najboljših pojavov staranja inkapsuliranega epoksida in njihovem vplivu na delovanje LED lahko obiščete DeepMaterial na https://www.epoxyadhesiveglue.com/category/epoxy-adhesives-glue/ za več informacij.