【周四·技术】LED抗硫化特性分析及预防措施
  
  1、灯珠功能区发黑,光通量下降,色温漂移。
  2、功能区的银层变成硫化银后,金球与功能区的接触力下降,易死灯。硫化后的LED表现为支架黑化不良,光通量下降明显。
  1、硫元素来源分析
  LED灯珠的封装与应用中每个细微环节都可能会造成硫元素的污染;硫元素源头多样化,判定流程复杂,需要排除每个因素的影响。
  (1)封装环节分析
  LED封装对车间环境要求极高,车间内需使用辅助用品,如橡胶手套、指套、清洗剂等,均为无硫产品。
  LED封装用到的原材料主要有:芯片、金线、硅胶、荧光粉、支架等。从原材料材质分析:芯片主要由As、Al、Ga、In、P、N、Si几种元素中的若干种组成。因此,可排除芯片中硫元素等有害物质的存在。
  金线主要成分是Au或Ag,不含有硫等其它有害物质。
  硅胶的基本结构单元是由硅-氧链节构成,侧链通过硅原子与甲基或苯基等有机基团相连。提纯、合成工艺过程中,不会引入硫元素等有害物质成分。因此,可排除硅胶中硫元素等有害物质的存在。
  荧光粉材质主要为铝酸盐或氮化物,其分子式为Y3Al5O12:Ce或R2Si5N8(R:Sr、Ga、Ba),荧光粉合成过程主要是氧化物形式烧结,因此,可排除荧光粉中硫元素等有害物质的存在。
  支架主要材质为PPA和铜材,铜表面电镀银。PPA和铜材本身不含有害物质。支架电镀银过程中虽然有酸洗活化工艺,但后续多次工艺都会进行多次水洗工艺(如上图),因此支架中也不可能存在含硫物质。
  除主材外,在封装环节LED灯珠还会接触到的辅材有:载带、盖带、卷轮、防静电袋、标签纸、干燥剂等。综上,从封装环节来说,不存在导致LED灯珠发生硫化或引起硫化隐患的风险。
  (2)应用环节分析
  根据对遇到的多起LED硫化情况分析,LED灯珠硫化现象主要发生在应用客户端:一是应用客户端对环境要求较低;二是在物料使用上,大部分厂家也忽略检测物料是否含有硫元素。
  导致灯珠在应用客户端生产、存储、老化、使用过程中接触到含硫元素的物质,发生硫化现象。从客户端环境及使用物料分析,可能含硫的物料有PCB板、焊锡膏、油墨、电源。
  2、硫元素入侵途径分析
  受LED灯珠本身气密性影响,封装后外部环境中硫元素渗透入侵是导致LED硫化的一个重要原因。
  LED气密性受制于LED支架的材质、外封胶体的材质及外封胶体与支架的结合性能。目前为了达到有效散热、降低光衰,普遍采用高分子有机硅胶替代环氧树脂。由于硅胶具有多孔性结构,尽管耐高温性能优良但具有透氧透湿性,密封性不佳;LED支架是由PPA与铜材组成,由于不同的材料之间热膨胀系数不同,因此,支架PPA与铜材结合处、支架PPA与硅胶结合处也不可能达到百分之百密封。
  综上,硫元素入侵灯珠内部的途径有三方面:(1)通过多孔性结构的硅胶渗透;(2)通过支架PPA与铜材之间的缝隙渗透。(3)通过支架PPA与硅胶结合处之间的缝隙渗透。
  对应用厂来说可采取以下解决措施:
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