Aydınlatma dünyasının geleceği olarak gelişimine devam eden LED (ışık yayan diyot), elektrik enerjisini ışığa dönüştüren elektronik devre elemanıdır. Çeşitli kullanım alanlarının yanı sıra en yaygın kullanım alanlarından biride aydınlatma sektörüdür. Aydınlatma armatürlerin de ışık kaynağı olarak kullanılan LED’ler ile düşük enerji tüketimi, ömür uzunluğu, düşük ultraviyole ve kızıl ötesi ışıması, daha yüksek
renksel geriverim ve kullanım esnekliği gibi konularda çok başarılı sonuçlar elde ediyor. Geleneksel ışık kaynaklarına karşı sunduğu avantajlarla her geçen gün hayatımızda daha fazla yer almaya başlayan
LED’li aydınlatma sistemleri yenilikçi ve çağın ötesinde çözümler sunuyor. Işık verimliliğindeki gelişme sayesinde geleneksel aydınlatmada kullanılan diğer ışık kaynaklarının yerini tamamıyla alması yakın gelecekte mümkün görünüyor. LED teknolojisinin yaygın olarak benimsenmesi sonucu, LED aydınlatma
pazarında fiyatlar da zamanla önemli ölçüde düşüyor. LED üreticileri de teknolojilerini sürekli geliştiriyor ve pazardan pay alabilmek için fiyat rekabetine giriyor. Bu rekabette daimi olmak için üreticiler zaman zaman farklı yapılarda ürünler piyasaya çıkartabiliyor veya aynı sınıf ürünler de farklı materyaller
kullanabiliyor. Bu materyaller ise LED’in kalite sınıfını belirleyip; performans, verimlilik, ömür, ışık şiddeti vb. gibi etkenleri değiştiriyor. Bu yazımızda LED’i oluşturan bileşenlerden LED kılıfı ve bağlantı tellerinde kullanılan farklı materyallerin özelliklerini ve LED’in kalitesini etkileyen faktörleri inceleyeceğiz.
LED Kılıfı Materyalleri ve Özellikleri;
LED kılıfı, içindeki çipi koruyan, montaj kolaylığı sağlayan, ürün dayanaklığını arttıran ve fosforu sarmalayan malzemedir. Bu malzeme üretiminde farklı materyaller kullanılıyor. Yüksek güç grubu LED’lerde en verimli performansı sağlayan güçlü ısı dayanıklığına sahip materyal olan seramik tercih ediliyor. Makalemizde inceleyeceğimiz orta / düşük güç grubu LED’lerde ise yaygın olarak PPA (polyphthalamide), PCT (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate) ve EMC (Epoxy Molding Compound) kullanılıyor. PPA enjeksiyon kalıplama yöntemi, PCT akışkanlığının düşük olması sebebi ile damgalama yöntemi ve EMC ise kapalı kalıp döküm yöntemi ile üretiliyor. PPA ve PCT termoplastik, EMC ise epoksi reçinesi içeren termoset malzemedir. Malzeme yapılarından kaynaklı 3 materyal de farklı ısı yayılımı ve sıcaklık dayanım özelliklerine sahiptir. EMC’nin sıcaklık dayanımı, PCT’den, PCT’nin dayanımı
ise PPA’den yüksektir. Dayanımı yüksek olan materyalin hem üretim tekniği hem de malzeme içeriği sebebi ile maliyeti daha fazladır. PPA malzemenin yansıtma oranı en yüksek (>95%) olsa da sararma,
termal direnç ve hava sızdırmazlık değerleri diğerlerinden daha düşüktür. PCT malzemenin ise yansıtma oranı daha düşük olmasına rağmen sıcaklık ve güç dayanım oranı PPA’den yüksektir. EMC ise yüksek termal, yüksek sararma direncine, yüksek akım taşıma değerine, yüksek güç dayanıklılığına, UV direncine ve özelliklerine göre küçük boyut avantajına sahiptir. Sıcaklık dayanımlarına istinaden PPA maksimum 0.2W gücüne, PCT 0.8W, EMC ise 3W gücüne kadar dayanıklıdır.
“LED kalitesini etkileyen en önemli faktörlerden biri içeriğindeki materyallerin özellikleridir.”
Bağlantı Teli Materyalleri ve Özellikleri;
Bağlantı telleri; çip ile montaj padleri arasındaki elektriksel bağı sağlayan iletken tellerdir. Bu tellerin zarar görmesi elektriksel aktarımın kopmasına, LED’in bozulmasına veya ömrünün kısa olmasına sebep olur. Bağlantı tellerinde 4 farklı çeşit materyal kullanılır; altın, bakır, gümüş ve alaşım. Bu tellerin özelliklerini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.
Altın Teller;
● Yüksek kaliteli LED’lerde kullanılan, en üst kalite teldir.
● Altın yumuşak yapılı olduğundan çip ile montaj padleri arasındaki bağlantı ısı, basınç ve ultrasonik enerji (Termosonik bağlantı) ile kolayca yapılabilir ve üretim kolaylığı sağlar. Saha kullanımına dayalı üretim hataları en aza indirgenir.
● LED için en uygun elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir.
● En istikrarlı performans elde edilir.
● Yüksek bağ mukavemeti sağlar.
● Oksitlenme direnci yüksektir.
● Altın fiyatlarının sürekli artmasından kaynaklı, en pahalı seçenektir.
Bakır Teller;
● Altın tellere göre bağ mukavemeti %25-30 daha yüksektir. Fakat nispeten düşük sıcaklıkta kolayca oksitlenebilir ve bağ mukavemeti düşer.
● Depolama ömrü düşüktür. Kaplama gerektirir.
● Sert malzemedir. Çip ile montaj padleri arası bağlantı altına göre daha fazla ısı, basınç, ultrasonik enerji gerektirir ve daha zordur. Mikro çatlak oluşumu daha yüksektir ve saha kullanımına dayalı üretim hata oranı daha fazladır.
Gümüş Teller;
● Bakır tellere göre depolama ömrü yüksektir. Harici bir kaplamaya ihtiyaç yoktur.
● Altın telin fiyatından düşük, bakır telden yüksektir.
● Gaz korumasına ihtiyaç yoktur.
● Tel dayanıklığı altın kadar güçlü değildir.
Alaşım Teller;
● Alaşımda kullanılan metal oranları üreticilere göre değişkenlik gösterdiğinden stabil değildir.
● Fiyatı altından ucuz, bakırdan yüksektir.
● Yüksek bağ mukavemeti sağlar.
● Oksitlenme direnci altından daha düşüktür.
Sonuç olarak; LED kılıfında kullanılan her materyalin yapısı gereği erişebildiği belirli teknik özellikler vardır. Bu sınırlar içerisinde ürün tasarlandığında kaliteli bir ürün elde edilebilir. Fakat burada ürünün kalitesini belirleyen faktör materyalin yapısından çok LED üreticisinin satışfiyat politikasından kaynaklıdır. Genellikle ürünün teknik özelliklerini belirlerken üreticiler piyasanın şartlarına göre farklı stratejiler uygulayabiliyor. 0.5W’lık LED’i, bir üretici PPA, diğeri PCT kılıf veya 1,2W’lık bir LED’i PCT, diğer üretici ise EMC olarak üretebiliyor. Eğer PPA 0.2W’ın, PCT de 0.8W’ın üzerinde kullanılırsa diğerlerine göre çok daha fazla ısı oluşturacaktır. Bu sebeple o üründe ya daha fazla soğutucu kullanılmalıdır ki maliyeti artıracaktır ya da oluşan ısı LED’in ömrünü ve verimliliğini ciddi derecede azaltacaktır. Düşük kalite LED’lerde bağlantı teli olarak fiyat avantajından dolayı öncelikle bakır ve gümüş tel, yüksek kalite LED’lerde en uygun şartları sağladığı için yaygın olarak altın tel tercih ediliyor. Fakat artan altın fiyatlarından dolayı alaşım tel kullanımı da gün geçtikçe artıyor. Alaşım tel kullanımında LED kalitesini ve ömrünü etkileyen faktör içeriğindeki metal oranları olacaktır.
