技术升级丨斯迈得深度解析PPL防硫技术

行业现状:

成本驱动模式,驱动着技术的发展,LED行业也离不开这个模式。LED下游应用不断推陈出新,推出瓦数更高、散热结构更小、成本更低的光源、灯具。这些产品在热处理上带来了极大的难题,同时也给LED灯珠提出了更苛刻的可靠性要求,特别是在防硫化、防氧化、防溴化。

众所周知,LED亮度衰减是因为镀银层发黑造成。

发黑,可以是硫化现象,指的是由于环境中的硫(S)元素在一定温度与湿度条件下,其中-2价的硫与+1价的银发生化学反应生成黑色Ag2S的过程;

也可以是氧化现象,指的是由于环境中的氧(O)元素在一定温度与湿度条件下,其中-2价的氧与+1价的银发生化学反应生成黑色Ag2O的过程;

也可以是溴化现象,指的是由于环境中的溴(Br)元素在一定温度与湿度条件下,其中-1价的溴与+1价的银发生化学反应生成浅黑色AgBr的过程。

当然,其他的6A、7A族的元素同样有可能进入LED灯珠封装体内部致使镀银层变色而降低LED灯珠的亮度。

解决方法

那么,这些硫、氧、溴等物质是从哪里进入到LED灯珠封装体的内部与镀银层发生反应的,了解这个进入通道,对我们解决发黑问题有着决定性的意义。

各种通道是否都能有效地阻断成为我们解决问题的关键。

图1

有机硅、硅树脂(这里统称为硅胶)被普遍用来作为LED灯珠的封装胶,其具有一定的透湿透氧性,特别是在高温的环境下,硫、氧、溴等元素很容易穿透硅胶进入到LED灯珠封装体内部。

业界采用的方法1: 硬硅胶封装

目前,大多数LED封装厂采用硬度更高的硅胶作为LED灯珠的封装胶材可以延缓发黑的时间,但硬度更高的硅胶带来的应力问题增加了LED灯珠封装体内部结构的可靠性风险。在热胀冷缩的情况下,LED灯珠内部的键合线容易被拉断导致功能性失效。然而,即便用了硬度更高的硅胶,硅胶的玻璃转移温度只有50~70℃,在高温状态下,硅胶的分子结构的间隙变大,硫、氧、溴等物质同样很容易便进入到LED封装体内部与镀银层发生反应。

图2

业界采用的方法2: 硅胶表面涂布有机阻气材料

因此,也有不少LED封装厂仍然采用较软一点的硅胶,在LED灯珠封装体表面涂布一层有机阻气材料,在延缓发黑时间的同时,避免了硬度高的硅胶的应力问题。

图3

不难看出,采用硬度更高的封装胶或表面涂布有机阻气材料,这两种解决发黑问题的方法都只是在胶体正面通道(1)做了改善,其他通道仍然没有阻断,硫、氧、溴等物质轻而易举的进入到LED灯珠封装体内部,这两种方法效果甚差。更甚者,涂布在LED灯珠表面,在后期的加工中,有机阻气层容易被磨损。同时,有机阻气材料长期在高温环境下容易降解、发生分子裂变而开裂,最终还是起不到有效的保护作用。

图4

业界采用的方法3: 镀银层涂布有机阻气材料

由于贴片型的LED结构决定,(2)、(3)通道的阻隔难度相当大,这也是目前的LED封装行业的技术瓶颈。阻断通道,难上加难,要有效解决发黑问题,只能在镀银层表面做彻底的保护。部分LED封装厂在镀银层表面涂布有机阻气材料,即便未能通道未阻断,硫、氧、溴等物质进入LED封装体内部也无法与镀银层发生反应。

图5

然而,这种有机阻气材料的厚度和一致性较难掌控,重要的是有机材料长期在高温环境下容易降解,发生分子裂变,有机阻气层开裂,最终还是起不到很好的保护作用。

图6

斯迈得半导体的解决方案:

鸿利智汇集团全资子公司斯迈得半导体有限公司在解决发黑问题上采用先进、前沿、独特的PPL技术,在镀银层表面沉积一层无机物,该无机物具有优异的致密性,有效阻隔硫、氧、溴等物质与镀银层的反应。同时,其具有持久稳定的化学性能,在耐腐蚀、耐高温上有非常突出的表现,彻底解决硫化、氧化、溴化引起的发黑问题。采用本公司的PPL技术量产的产品在110℃高温条件下的硫化实验比普通产品的水平高出40%。

PPL解剖图

图7

不同防硫化方法防硫效果对比:

高温老化实验对比:

高温老化、硫化前后对比

PPL技术,重新赋予了LED灯珠寿命长的特性,结合PPA、PCT注塑成型的支架载体所封装的LED灯珠在绝大多数的应用中可实现寿命(L70)长达50000小时以上,PPL技术将在更严苛的应用中大放异彩。

2017年1月份,斯迈得半导体的PPL无硫化产品解决方案在国内首家实现量产。推出的PPL无硫化工艺解决方案可以覆盖全系列SMD、SMC、EMC产品,可以彻底解决硫化问题,截止目前,已经申请3份发明专利。

另外,EMC3030/5050/7070产品使用更广泛。在户外照明中,尤其是EMC5050产品,1W情况下可以达到光效240LM/W,结合PPL防硫技术,SMC封装,可靠性更高,SMC5050/7070产品会在户外产品应用中得到一个突飞猛进的增长。同时,也会广泛应用在大功率产品、汽车照明等领域。

 

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