Исследование надежности светодиодных элементов и внутренних неисправностей 

Современные светодиодные светильники и дисплеи полагаются на долговечные светодиодные элементы, обеспечивающие стабильную работу в течение длительного срока службы. Хотя светодиодный элемент может показаться простым, на самом деле это миниатюрная оптоэлектронная система, в которой множество внутренних компонентов должны надежно работать вместе. Любое ухудшение состояния кронштейна, герметизации или клея для соединения кристаллов может привести к потере яркости, снижению эффективности или преждевременному выходу из строя. Поэтому поведение материала, термические напряжения и воздействие окружающей среды являются критически важными факторами для обеспечения надежности светодиодов.

Риски, влияющие на надежность кронштейна светодиода
Кронштейн служит механической основой, обеспечивая поддержку, электропроводность и рассеивание тепла. Распространенным видом отказа является растрескивание кронштейна, обычно вызванное несоответствием коэффициентов теплового расширения металла и полимера. Повторные температурные циклы во время оплавления или эксплуатации в полевых условиях создают внутренние напряжения, которые могут превышать пределы прочности материала. Поглощение влаги усугубляет проблему, поскольку захваченная вода испаряется при высокой температуре, увеличивая внутреннее давление. Даже незначительные механические удары во время транспортировки могут создавать микротрещины, которые перерастают в критические разрушения. Надежность можно повысить за счет использования материалов с низким содержанием влаги, закругленных структурных переходов, строгого контроля предварительного термического воздействия, а также тщательной упаковки и обращения для снижения ударных нагрузок.

Изменение цвета поверхностного покрытия
Со временем отражающий серебряный слой на кронштейне может изменить цвет с ярко-белого на желтый, коричневый или черный. Это изменение цвета обычно вызвано сульфидированием — реакцией между серебром и серосодержащими соединениями в воздухе, упаковке или остатках припоя. Окисление, миграция ионов на поверхности и химическая коррозия ускоряют этот процесс под воздействием тепла и влажности. Эффективные меры противодействия включают более плотное покрытие, композитные покрытия, такие как твердое золото, улучшенный контроль окружающей среды во время производства и эксплуатации, а также добавки для инкапсуляции, которые улавливают коррозионные газы.

Старение материала в формованных компонентах
Формованные корпуса постепенно разрушаются под воздействием тепла и коротковолнового света. Полимерные цепи разрушаются, вызывая меление, хрупкость и потерю блеска поверхности. Гальванически осажденные слои могут вздуваться или отслаиваться из-за недостаточной очистки подложки или несоответствия коэффициентов термического расширения слоев. Стратегии снижения риска включают использование термо- и УФ-стойких полимеров, строгую подготовку перед нанесением покрытия и целенаправленные испытания в условиях окружающей среды, например, в солевом тумане, для работы в суровых условиях.

Характеристики клея для склеивания кристаллов
Клей для склеивания кристаллов закрепляет чип и служит тепловым интерфейсом. Клеи на основе смол естественным образом подвергаются оптическому и химическому старению, особенно в сочетании с металлическими наполнителями, такими как серебро. Более серьезные отказы происходят, когда несоответствие теплового расширения между чипом, клеем и подложкой приводит к расслоению интерфейса. Температурные циклы создают сдвиговое напряжение, а загрязнение или недостаточное отверждение увеличивают риск образования пустот. Пустоты резко повышают тепловое сопротивление, вызывая повышение температуры чипа и сокращая срок службы светодиодов. Высокоэффективные клеи, чистые поверхности склеивания (при необходимости проверяемые плазменной очисткой), оптимизированные параметры отверждения и неразрушающие методы контроля, такие как акустическая микроскопия, повышают надежность.

Надежность как результат работы системы
Надежность светодиодов зависит от взаимодействия всех внутренних компонентов, а не от какого-либо отдельного материала. По мере того, как светодиоды развиваются в направлении повышения яркости и более жестких условий эксплуатации, требования к механической, термической и химической стойкости соответственно возрастают. Производители, понимающие основные механизмы отказов, могут оптимизировать материалы, конструкции и процессы, чтобы сбалансировать стоимость и производительность. Между тем, информированные пользователи могут продлить срок службы светодиодов, избегая агрессивных сред и минимизируя экстремальные тепловые нагрузки.

Заключение
Для обеспечения надежности светодиодных элементов необходимо всестороннее понимание того, как ведут себя кронштейны, герметизация, клеи и другие внутренние компоненты под воздействием нагрузок, тепла и окружающей среды. Достижения в области материалов, методов склеивания и упаковки продолжают улучшать производительность и долговечность. Постоянные исследования механизмов отказов имеют важное значение для направления этих улучшений, обеспечивая более длительный срок службы, более высокую стабильность и более широкий потенциал применения светодиодных технологий освещения и отображения.