Analys av orsaker till missfärgning av LED-lampor och förebyggande åtgärder
Som den fjärde generationen av gröna ljuskällor används lysdioder i stor utsträckning inom belysning, dekorativ landskapsbelysning, bilelektronik och andra områden. Men under användning upplever LED-lamppärlor ofta missfärgning, vilket leder till minskad ljuseffekt, färgtemperaturförskjutning och försämrad ljuskvalitet, vilket allvarligt påverkar produktens livslängd och tillförlitlighet. Baserat på forskning från Cai Yingying och andra, analyserar denna artikel systematiskt grundorsakerna till missfärgning av LED-lampor och föreslår motsvarande förebyggande åtgärder.
I. Grundläggande struktur för en LED-lampa
En typisk LED-lampa (med en3528 vit LED som ett exempel) består huvudsakligen av följande delar:
LED-chip: Den ljus-emitterande kärnan, utför elektro-optisk omvandling via PN-övergången.
Bindande trådar: Metalltrådar som ansluter chipet till ledningarna.
Die-Fäst lim: Fixar chipet på ledningsramen.
Fosfor: Möjliggör våglängdskonvertering, t.ex. blanda blått-exciterat gult ljus för att skapa vitt ljus.
Inkapslingsmedel: Skyddar chipet och fosforn, vanligtvis gjorda av epoxiharts eller silikon.
Blyram: Stöder chipet och fungerar som den elektriska ledningsstrukturen, ofta gjord av silver-pläterad koppar.
Avvikelser i någon av dessa delar kan leda till missfärgning av hela lamppärlan.
II. Huvudorsakerna till missfärgning av LED-lampans pärlor
1. Problem med inkapslingsmedlet
(1) Rester av främmande ämnen i inkapslingsmedlet
Om främmande föroreningar blandas in i inkapslingsmedlet under tillverkningsprocessen kan det orsaka lokal missfärgning. I ett fall hittades svarta främmande ämnen inuti inkapslingsmedlet, med SEM & EDS-analys som visade att dess huvudkomponenter var Al, C och O. Dessa föroreningar kan härröra från damm i produktionsmiljön, utrustningsslitagepartiklar eller förorening av råmaterial. Det främmande ämnet förändrar ljusets brytning och överföringsväg, vilket orsakar lokal mörkare eller missfärgning.
(2) Kemisk erosion som leder till missfärgning av inkapslingsmedlet
Om LED-lampans pärla utsätts för vissa flyktiga kemikalier i sin användningsmiljö, kan inkapslingsmedlet genomgå kemiska reaktioner och missfärgas. Till exempel:
I ett glasrörsljus användes ett en-del rumstemperaturvulkaniserat (RTV) silikongummi för att fixera LED-remsan. Den svavelhaltiga gasen som förångades under härdningen orsakade sekundär vulkanisering av LED-inkapslingen, vilket gjorde den gul.
TGA-analys visade att den termiska nedbrytningstemperaturen för det misslyckade inkapslingsmedlet var över 25 grader högre än normala prover, vilket tyder på att en tvärbindningsreaktion hade inträffat.
ICP-OES upptäckte cirka 400 ppm svavel i fixeringslimmet, vilket bekräftar att svavel är grundorsaken till missfärgning.
Rekommendation: Under produktdesign, utvärdera kompatibiliteten för alla kontaktmaterial och undvik att använda hjälpmaterial som innehåller reaktiva element som svavel eller klor.
2. Fosforsedimentering
Ojämn fördelning av fosfor i inkapslingsmedlet kan leda till färgtemperaturförskjutning och lokal missfärgning. I ett fall ändrades LED-lamppärlor som lagrades i ett lager från orange till ljusgula. Analys visade:
Transparent partikelformigt material hittades på blyramytan av de misslyckade pärlorna. Sammansättningsanalys visade närvaron av strontium (Sr), barium (Ba) och andra grundämnen, härrörande från silikat-baserade fosforer.
Blyramytan på normala pärlor var ren och innehöll endast silver och en liten mängd kol.
Fosforsedimentering förändrar ljusvägen, vilket orsakar spridning och färgavvikelser.
Rekommendationer:
Optimera förhållandet och viskositeten för fosfor och inkapsling.
Förbättra dispenserings- och härdningsprocesserna för att förhindra sedimentering.
Välj fosformaterial med bättre vidhäftningsegenskaper.
3. Lead Frame Issues
(1) Ytförorening av blyram
Under SMT-processen kan överflödig lödning (t.ex. tenn-blylegering) suga upp stiften på blyramytan och bilda ett täckande lager. I ett fall detekterades Sn- och Pb-element på ledningsramens yta av en missfärgad sträng, vilket bekräftar lödningskontamination. Dessa metallbeläggningar förändrar ljusreflektionsegenskaperna, vilket orsakar visuell missfärgning.
(2) Korrosion av blyram
Om silverplätering på blyramen kommer i kontakt med frätande element som svavel eller klor uppstår kemiska reaktioner som bildar mörka ämnen som silversulfid eller silverklorid. I ett felfall:
Blyramens yta svartnade och EDS upptäckte hög svavelhalt.
Silverpläteringen visade en lös, korroderad morfologi.
Korrosion kan accelerera under förhållanden med hög temperatur och hög luftfuktighet.
Källor till korrosion:
Föroreningar i själva materialen.
Förorening införs under produktionsprocessen.
Förekomst av frätande gaser i användningsmiljön.
(3) Dålig kvalitet på plätering av blyram
Kvaliteten på plätering bestämmer direkt korrosionsbeständigheten och reflektiviteten hos blyramen. I ett fall nådde missfärgningsgraden för lamppärlor 30 % efter åldring. Analys hittad:
Pläteringen på de trasiga blyramarna var lös och porös.
AES-analys upptäckte nickel på silverskiktets yta, vilket indikerar diffusion av det underliggande nickelskiktet.
Grundorsaken var ojämn pläteringstjocklek och icke-tät struktur.
Typisk pläteringsstruktur: Kopparsubstrat → Nickelplätering (spärrskikt) → Silverplätering (reflekterande skikt). Dålig pläteringskvalitet leder lätt till nickeldiffusion och svärtning av silverskiktet.
III. Förebyggande åtgärder och förbättringsförslag
1. Materialval och kompatibilitetstestning
Välj typer av inkapslingsmedel som är resistenta mot vulkanisering och gulning.
Välj fosfor med låg sedimentation och hög stabilitet.
Se till att beläggningen av blyramen uppfyller standarderna för täthet, enhetlighet och att den är -fri.
2. Processkontroll
Upprätthåll hög renhet i förpackningsmiljön för att förhindra att främmande ämnen kommer in.
Kontrollera noga mängden lödpasta i svetsprocessen för att förhindra uppsugning.
Optimera härdningstemperatur och tid för att förhindra kvarvarande flyktiga ämnen.
3. Kvalitetsförbättring av blyramen
Välj korrosionsbeständiga- basmaterial, som kopparlegeringar med hög-renhet.
Se till att galvaniseringsprocessen resulterar i täta, jämnt tjocka lager.
Applicera anti-färgningsbehandlingar på silverplätering (t.ex. skyddande beläggningar).
4. Produktdesign och miljöhantering
Undvik kontakt mellan lysdioder och material som innehåller svavel eller klor, såsom vissa lim eller tätningar.
Förbättra tätningen och skyddet när det används i miljöer med hög temperatur och fuktighet.
Genomför accelererade åldringstester för att tidigt identifiera potentiella missfärgningsrisker.
IV. Slutsats
Missfärgning av LED-lampans pärlor beror på flera faktorer som verkar tillsammans. De främsta orsakerna inkluderar:
Inkapslande abnormiteter: Inneslutning av främmande ämnen, kemisk erosion.
Fosforsedimentering: Ojämn fördelning som orsakar spridning.
Lead Frame Issues: Kontaminering, korrosion, dålig plätering.
Genom strikt materialval, processkontroll och kvalitetskontroll kan missfärgning av LED-lampor effektivt förhindras, vilket förbättrar produktens tillförlitlighet. I framtiden, när lysdioder utvecklas mot högre effekt och effektivitet, kommer kraven på förpackningsmaterial och processer att bli strängare, vilket kräver kontinuerlig optimering och teknisk utveckling.
Denna artikel är anpassad från Cai Yingyings "Analysis of the Reasons of the Discoloration of LED Lamp Bead" för tekniskt utbyte och referens. Praktisk tillämpning bör innebära utvärdering baserad på specifika produkter och processer.
Tel/Whatsapp:+8619972563753
E-post:bwzm12@benweilighting.com
Skype:bwzm32
Webbplats: https://www.benweilight.com/
