淺談LED燈具壽命的影響因素

　　影響LED照明燈具壽命的因素很多，除了最常見的散熱不良之外， 根據(jù)應(yīng)用上的經(jīng)驗(yàn)造成LED死燈或光衰，變色的原因還有因制造過程中化學(xué)物質(zhì)的污染而造成：

　　對(duì)于下游的應(yīng)用端， 除了適當(dāng)?shù)纳峤鉀Q之外， 另外在燈具組裝的制程中， 或制作工藝的化學(xué)添加物皆須避免所謂化學(xué)物質(zhì)不兼容， LED 照明燈具中不兼容的揮發(fā)性有機(jī)化合物， 可以很快損害任何制造商的LED。 這種化學(xué)物質(zhì)不兼容往往是一個(gè)局部現(xiàn)象， 發(fā)生在升高的溫度下， 且在具有很少或沒有空氣流動(dòng)的密封燈具中。

　　經(jīng)過LED封裝廠的測(cè)試發(fā)現(xiàn)一些已知很容易影響LED正常功能的化學(xué)品， 用戶端最好是建立一個(gè)完善的化學(xué)不兼容的測(cè)試評(píng)估體系。 有了適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施， 設(shè)計(jì)和測(cè)試， 影響可以被最小化或直至杜絕。 化學(xué)不兼容性的不良影響最為明顯的是藍(lán)光、深藍(lán)光和白光LED， 很少有觀察到紅光或綠光LED。

　　設(shè)計(jì)者應(yīng)該充分考慮最大限度地減少化學(xué)物質(zhì)之間的影響（主要是LED 的一次光學(xué)透鏡Molding 膠與在電子組裝和燈具中用到的各種化學(xué)品）， 因這些物品搭配在一起可能會(huì)損害LED 的光輸出效率， 甚至?xí)筁ED 發(fā)生永久性失效現(xiàn)象（如死燈、變色、暗光等等）。 因?yàn)榛瘜W(xué)不兼容性和過高的LED 封裝溫度致使LED 失效的結(jié)果是一樣的：即光通量衰減、色溫漂移。

　　LED可以與哪些化學(xué)品， 一起使用， 哪些類型的灌封膠？ 能不能灌膠？ 灌膠對(duì)LED有什么影響？

　　在化學(xué)品影響LED的案例：

　?、艑?duì)不良樣品LED透鏡進(jìn)行EDS分析結(jié)果如下圖：

　　⑵對(duì)不良樣品LED Silicone 進(jìn)行EDS因素分析結(jié)果有Na和Cl等異常元素出現(xiàn)如下表：

　　核查這個(gè)電路板，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在潛在的化學(xué)污染物，即有一個(gè)粘接透鏡的涂層出現(xiàn)在LED 元件附近（如上述透鏡）， LED 與這個(gè)粘接涂層發(fā)生了不利于LED 的化學(xué)作用。 這種化學(xué)物質(zhì)與LED封裝本體不兼容， 以致LED 出現(xiàn)了永久性失效現(xiàn)象。 因此了解和防止這些LED 與燈具中用到的化學(xué)品的不兼容性是極其重要的。

　　有機(jī)硅膠（Silicone， 硅）是各種大功率LED 上使用的有機(jī)硅材料，如Cree XPE 的LED。 經(jīng)均勻混合后注入模具中，在一定的溫度條件下固化一段時(shí)間就成型了。 在固化過程中，硅氧烷不會(huì)形成任何固定的形狀或結(jié)構(gòu)， 相反， 它們固化成不同長度和形狀各異的隨機(jī)形狀。這樣就產(chǎn)生了輕微凝膠狀和具有彈性的有機(jī)硅。 也就是說，這些有機(jī)硅材料充滿小孔， 因此有機(jī)硅具有透氣性和透濕性。 燈泡，或其它固態(tài)照明燈具產(chǎn)品中經(jīng)常使用的灌封化合物材料， 如灌封膠、皮圈、墊片，在組裝或加工過程中， 在升高的溫度影響下， 這些揮發(fā)性有機(jī)化物材料就會(huì)揮發(fā)出氣體。

　　揮發(fā)性氣體的滲透和可靠性變化過程：

　　在密閉的環(huán)境中（如下面的二次光學(xué)或夾具蓋）， 任何類型的揮發(fā)性有機(jī)化合物將環(huán)繞并擴(kuò)散到具有多孔質(zhì)的機(jī)硅封裝的LED 中。 在硅膠內(nèi)部的揮發(fā)性有機(jī)化合物會(huì)占據(jù)相互交織的硅氧烷鏈內(nèi)的空隙中。 伴隨著熱和LED 發(fā)射的高能光子， 揮發(fā)性化合物會(huì)變色并阻擋LED 發(fā)射的光。 這種變色通常發(fā)生在LED 芯片正上方的表面， 因?yàn)檫@是溫度和磁通密度最高的位置。

　　下圖表示的是揮發(fā)性有機(jī)化合物在硅占據(jù)的空隙中， 隨著熱和光子能量的作用， 結(jié)果揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生變色現(xiàn)象：

　　有機(jī)硅鏈

　　可靠性失效現(xiàn)象的一般規(guī)律：

　?。?）伴隨著發(fā)光顏色的變化和光通量的衰減， 甚至死燈；

　?。?）根據(jù)不同揮發(fā)性有機(jī)化合物的性質(zhì)（例如， 分子的大小或其對(duì)熱的敏感性）， 這種可靠性失效現(xiàn)象會(huì)發(fā)生在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)或幾個(gè)星期不等。

　?。?）發(fā)生這種可靠性失效現(xiàn)象的LED產(chǎn)品一般都是藍(lán)光LED或采用藍(lán)光芯片與熒光粉封裝的白光LED。

　?。?）紅光、琥珀光或綠光LED很少或幾乎不會(huì)發(fā)生， 因?yàn)檫@些顏色的光是低能量的波長， 因此需要更長的時(shí)間才會(huì)有反應(yīng)。

　　灌封膠對(duì)LED的不良影響：

　　如上面的圖示所述， LED芯片上方封裝膠的變色是由于一個(gè)揮發(fā)性有機(jī)化合物釋放出顏色暗淡的氣體， 并從外部擴(kuò)散到有機(jī)硅氧烷封裝的LED器件內(nèi)部。

　　在大多數(shù)情況下，這些滲透到有機(jī)硅封裝膠分子的空隙中的揮發(fā)物， 不會(huì)損壞聚硅氧烷本身的功能。 在此種情況下， 如果去除上述已變色的LED 上面的的光和密封蓋， 并且繼續(xù)進(jìn)行老化， 這樣擴(kuò)散到LED 內(nèi)部的氣體將又揮發(fā)出來， 并有可能恢復(fù)原來狀態(tài)， 這就是為什么很多不是在密封的環(huán)境下試驗(yàn)的LED 很少或幾乎不會(huì)發(fā)生類似變色現(xiàn)象。

　　然而， 作為燈具設(shè)計(jì)者要特別注意的是， 有相當(dāng)一部分揮發(fā)性有機(jī)化合物（不光是揮發(fā)出有顏色的，大多是揮發(fā)出無色的氣體）， 可以破壞封裝膠， 使其膨脹和開裂， 使LED 不能承受的， 由于封裝膠的膨脹和開裂會(huì)扯斷封裝內(nèi)部金線， 從而造成閃爍、 死燈等不良現(xiàn)象。