Почему высокая цена на качественную светодиодную продукцию? Часть – 5
Почему высокая цена на качественную светодиодную продукцию? Часть – 5
После анализа выводных рамок и чипов светодиодов с точки зрения их качества и стоимости, в этот раз мы поговорим о другом компоненте всех светодиодных продуктов — герметике.
Герметик для упаковки светодиодов
Как мы знаем, чип является основным компонентом светодиодного излучателя. Чтобы обеспечить стабильную работу чипа, герметик играет ключевую роль внутри. Функция упаковочного герметика в основном состоит из трех аспектов: (1) Герметизация. Герметик предотвращает проникновение воды, серы и других элементов внутрь светодиода, блокируя влагу и пыль. (2) Иммобилизация. Он механически фиксирует провода, соединяющие чип и рамку, предотвращая тем самым вибрацию проводов. (3) Эффективность извлечения света. Высокий показатель преломления герметика способствует уменьшению потерь света в результате граничного отражения. Кроме того, он равномерно смешивает люминофоры для получения белого света с синими чипами и помогает расширить цветовое разнообразие светодиодов.
Типы инкапсулянтов
Как правило, большинство производителей упаковки для светодиодов используют эпоксидную смолу, метилсиликоновую смолу и фенилсиликоновую смолу для герметизации светодиодов. В таблице ниже показано сравнение этих трех типов герметиков в пяти измерениях.
К преимуществам эпоксидной смолы относятся высокая герметичность, высокая ударопрочность, отличные защитные характеристики и низкая стоимость. Хотя у него есть и недостатки, например, слабая жаро- и атмосферостойкость, высокая вероятность растрескивания и пожелтения и так далее. Поэтому, за исключением бюджетного рынка, светодиодов в эпоксидной смоле сейчас практически нет.

По сравнению с эпоксидной смолой, силиконовая смола демонстрирует некоторые превосходные качества, такие как хорошая защита от УФ-излучения, высокая термостойкость и хорошие характеристики рассеивания тепла. С развитием светодиодной промышленности маломощные светодиоды больше не могут удовлетворять потребности рынка в яркости, а это означает, что в ближайшем будущем светодиоды средней и высокой мощности будут становиться все более популярными. При применении светодиоды средней и высокой мощности выделяют гораздо больше тепла, чем маломощные. Вот почему герметик для упаковки должен быть более надежным с точки зрения термостойкости и эффективности рассеивания тепла.

Силиконовые смолы по своему химическому строению можно разделить на два типа: метилсиликоновые смолы и фенилсиликоновые смолы. У обоих есть свои плюсы и минусы. Например, метилсиликоновая смола обладает лучшей устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, поэтому она широко применяется для светодиодов с фиолетовыми чипами для повышения надежности продукции. Причем последний лучше первого по показателю преломления. Вот почему в большинстве светодиодов средней и высокой мощности используется фенилсиликоновая смола для улучшения светоотдачи.
Влияние качества герметика на светодиоды
У каждой медали есть две стороны. Как эпоксидная смола, так и силиконовая смола могут оказывать положительное влияние на светодиоды, хотя существуют и побочные эффекты из-за их физических свойств. Следовательно, превосходный герметик для упаковки светодиодов должен преодолевать недостатки. Основная функция упаковочного герметика — обеспечить герметичную, безопасную и надежную среду для работы чипа. Теперь мы объясним влияние на упакованные светодиоды физических свойств герметика.
1. Герметичность
Основной функцией герметика является создание полностью герметичных рабочих условий для светодиодных чипов на случай проникновения воды, серы или других элементов в светодиоды, что приведет к неисправности. В отличие от вольфрама, угол луча светодиодных чипов составляет около 120°. Тем не менее, свет, исходящий от чипа, отражается, большая часть которого попадает обратно на рамку. Чтобы компенсировать такую ​​потерю светоотдачи, поверхность рамы всегда покрывается слоем серебра, чтобы снова отражать свет. Если герметичность герметика несовершенна, сера из воздуха проникнет в светодиоды и вступит в реакцию с серебром. Как следствие, образуется продукт реакции – сульфид серебра, и светоотдача в значительной степени снижается. На Рисунке 1 ниже показан процесс сульфидирования, при котором цвет функциональной зоны постепенно меняется с серебристого на черный.
Рис. 1. Сульфидирование серебряного покрытия на раме из-за плохой герметичности герметика.
Кроме того, плохая герметичность может привести к проникновению других органических соединений. Любые виды летучих соединений могут проникать в органический силикон с пористой структурой и занимать промежутки между молекулами. При нагревании соединения меняют цвет и избирательно поглощают свет. В результате это повлияет на общую производительность светодиодов, включая световой поток, светоотдачу и надежность цветовой температуры.
2. Тепло- и влагостойкость
Когда светодиод работает, он выделяет огромное количество тепла, особенно для большинства светодиодов белого света. Несмотря на то, что существуют некоторые решения по управлению теплом, в том числе свинцовые рамки, которые отводят тепло наружу, внутри все еще остается тепло, выделяемое люминофором. Плохая теплоотдача герметика удерживает тепло внутри и создает высокотемпературную среду. После долгих часов работы проблема с нагревом может легко привести к растрескиванию и обугливанию герметика, что может привести к снижению производительности и, в конечном итоге, к затуханию свечения. А если серьезно, трещина может разорвать проводники и привести к выходу из строя светодиода.

Что касается влагостойкости, то она показывает способность герметика удерживать влагу снаружи светодиода. Как упоминалось ранее, плохая термостойкость приводит к появлению трещин в герметике, что приводит к проникновению влаги и выходу из строя светодиодов. Кроме того, герметик обладает собственным свойством поглощать и удерживать влагу в воздухе. Следовательно, произойдет расширение и распыление влаги, что повлияет на работу светодиодов. Таким образом, устойчивость герметика к теплу и влаге имеет решающее значение для производительности и качества светодиода. На рис. 2 показано распыление светодиода из-за проникновения влаги.
Рис. 2. Распыление светодиода из-за недостатка герметика.
Светодиоды Yuji High CRI с превосходной герметизирующей оболочкой
С точки зрения стоимости герметик занимает небольшую, но существенную долю. Высококачественный упаковочный герметик известного бренда стоит около 450 долларов США/кг, в то время как на рынке вы также можете получить один килограмм низкокачественного герметика за десять долларов с неопределенным качеством. Например, мы можем взять SMD 2835, который является наиболее типичным SMD мощностью 0,2 Вт на рынке. Согласно статистике LEDinside, в августе 2016 года средняя цена SMD 2835 составляет 7 долларов, а самая низкая — 4 доллара. Предположим, что для 1000 штук SMD 2835 требуется 5 г упаковочного герметика, тогда стоимость высококачественного герметика составит более 2,25 долларов США. Однако, напротив, стоимость герметика низкого качества может быть незначительной.

Yuji LED стремится производить высококачественные светодиоды с высоким индексом цветопередачи. Чтобы сохранить значение CRI выше 95, используется смесь синего или фиолетового чипа и люминофора. По сравнению со светодиодами с более низким индексом цветопередачи, светодиоды с высоким индексом цветопередачи снижают часть светоотдачи и выделяют больше тепла. Поэтому при разработке светодиодов с высоким индексом цветопередачи Yuji применяет герметики для упаковки от известных производителей, чтобы удовлетворить требования к термостойкости. Чтобы оценить надежность продуктов, мы проводим тест на старение LM80 для всех наших продуктов. Этот тест проводится при температуре 55 ℃, 85 ℃ и 105 ℃ и влажности в пределах 45%-65%, при этом светодиоды включаются в течение 10 000 часов подряд. На рисунке 3 ниже показаны результаты теста LM80 для Yuji SMD 2835.
После длительного использования цвет света неизбежно изменится из-за затухания люминофора, и это изменение можно измерить по смещению координат цветности. Упакованные светодиоды Yuji имеют сдвиг примерно от 0,0032 до 0,0038 даже после 10 000 часов, выделяясь в отрасли.
Вывод
Выводные рамки, микросхемы и герметики являются ключевыми компонентами упакованных светодиодов. Любая поломка этих частей приведет к общему ухудшению характеристик светодиода и, в конечном итоге, поставит под угрозу работу пользователя. Следовательно, при производстве светильников мы должны выбирать высококачественные упакованные светодиоды.
Рис. 3. Результаты теста LM80 для Yuji SMD 2835 (авторское право @ 2016 Yuji International Co.,Ltd.)