Галогенная: виды, принцип работы лампочки, характеристики, выбрать для дома

Содержание

устройство, принцип работы, схема подключения, виды и технические характеристики

Несмотря на большое количество типов источников света, галогенные лампы (ГЛ) не теряют популярности. Их главные преимущества в яркости и направленности света. Статье поможет разобраться в их видах и характеристиках.

Устройство и принцип действия.

Галогенная лампа – это лампа накаливания, в колбу которой добавлены пары брома или йода (так называемый буферный газ).

Конструкция ГЛ с цоколем Е27.

Лампа состоит из стеклянной колбы, вольфрамовой спирали, металлического цоколя.

Прохождение электрического тока через спираль вызывает разогрев металлической спирали. При температуре 3000⁰ С вольфрам начинает светиться – лампа дает свет.

Конструкция очень похожа на лампу накаливания. Кроме нескольких различий. Во-первых, стекло для ГЛ используется кварцевое, а не обычное. Во-вторых, внутрь колбы добавлены галогены. Эти отличия дают следующие преимущества:

  1. Увеличение срока службы. Вольфрам при нагреве ионизируется и испаряется. В атмосфере брома и йода катионы металла вступают в реакцию объединения с галоген-анионами. Далее получившаяся молекула оседает и разлагается на нагретых участках спирали: вольфрам снова в металлической форме. Таким образом, спираль меньше изнашивается и служит дольше. К тому же металл не оседает на стенках колбы – она не темнеет.
  2. Увеличение светоотдачи. Добавление галогенов способствует более высокому разогреву спирали. Следовательно, лампа светит ярче, чем лампа накаливания.
  3. Уменьшение размеров. Кварцевое стекло выдерживает большую температуру, чем обычное. Его использование в галогенных лампочках позволило уменьшить размеры источников света. За счет этого снизился расход буферного газа, и увеличилось давление внутри колбы. А повышенное давление приводит к еще более медленному испарению вольфрама – лампа служит еще дольше.

Виды галогенных ламп.

Существует множество видов и типов галогенных источников света.

Линейные. Лампы в форме трубки. Используются для освещения больших площадей: складов, цехов, улицы. Используются в прожекторах. Такие источники света прочные, яркие, мощные. Но не энергоэффективные.

Капсульные. Компактные, небольшие, маломощные. Применяются для точечной декоративной подсветки, в автомобилях. Подходят к светильникам открытого типа. Могут использоваться с отражателем.

С отражателем. Состоят из миниатюрной лампочки с куполообразным отражателем. Такие светильники создают направленное излучение в заданное пространство. Отражатели бывают алюминиевыми или интерференционными. В первом случае тепло отводится вперед, а во втором – назад. Также выпускают источники света с отражателем с защитной крышкой. Используются для подсветки, настольных и настенных светильников, в подвесных потолках, автомобилях, прожекторах.

С внешней колбой. Предназначены для замены ламп накаливания. Выпускаются с типовыми цоколями Е14 и Е27, что позволяет вкручивать их в обычные люстры и светильники. Во внутренней кварцевой колбе размещается миниатюрная или трубчатая галогенная  лампочка. А внешняя стеклянная колба предназначена для защиты лампы от грязи, а человека от ожогов. Внешняя колба изготавливается разных форм и цветов.

IRC-галогенные лампы. Аналог ламп с отражателем, который покрыт особым составом, отражающим инфракрасное излучение. Наиболее энергоэффективный вид. Особое покрытие отражает инфракрасное излучение от вольфрамовой спирали обратно на спираль. В результате растет температура вольфрама и снижается теплопотери. В итоге уменьшается потребление электричества и возрастает срок службы.

Галогенные люстры. Миниатюрные, красивые лампочки – хорошая находка для оформления интерьеров. Рекомендуется использовать керамические патроны во избежание перегрева.

Низковольтные. Источники света, работающие от напряжения 6, 12 или 24 В. Самый распространенный вариант – 12-вольтовые. Подходят для освещения легковоспламеняющихся объектов и помещений с повышенным уровнем влажности. Применяют для безопасного освещения в музеях, точечной подсветки и т.д. Используются для работы в аккумуляторных приборах, транспортных средствах.  Подключаются через понижающий трансформатор.

ГЛ разделяются по типу цоколя. В зависимости от назначения, размера, конструкции лампы оснащают разными типами цоколей.

  1. Для замены ламп накаливания служат галогенные с резьбовыми цоколями Е14 и Е27.
  2. Линейные оснащаются разъемом R
  3. Для автомобилей выпускают лампы с цоколем H/ HB: Н3, Н19, Н1, Н11; HB4, HB3 и др.
  4. Низковольтные источники света оснащают штырьковым цоколем GU 5.3, G4, GY 6.35, GU10, G9 или G12 чтобы предотвратить их монтаж в сеть 220 В.

Типы цоколей.

Технические характеристики галогенных источников света.

  1. Тип цоколя. От него зависит размер, конструкция светильника, схема подключения.
  2. Рабочее напряжение: постоянное (6, 12, 24 Вольта) или переменное.
  3. Мощность. Зависит от конструкции источника света: линейный лампы выпускают до 20 кВ, а миниатюрные бывают 20, 30, 40, 50 Вт и др.
  4. Цветовая температура: практически не меняется. Находится в интервале 2700 – 3000 К. Теплый свет комфортен для глаз.
  5. Индекс цветопередачи. Приближается к 100 – цвета не искажаются.
  6. Срок службы. В среднем 2000 часов. Если же условия работы будут «идеальными» (без скачков напряжения и т.п.), то он увеличится до 4000 часов.

Схема подключения.

Светильники, питающиеся напряжением в 220 В, включаются сразу в сеть. Несколько ламп соединяются параллельно друг другу.

 

Электрическая схема подключения ГЛ к сети 220 В.

Срок службы галогенных ламп зависит от равномерности подаваемого напряжения. Для сглаживания скачков сети питания рекомендуется подключать лампы через специальный блок защиты. Он выполняет функции стабилизатора.

Электрическая схема со стабилизатором.

Для светильников, работающих на постоянном токе, необходим понижающий трансформатор. Для нескольких галогенных ламп соединение также должно быть параллельным.

Электрическая схема подключения ГЛ, работающей от постоянного тока.

Помните о безопасности при работе с электричеством!

Особенности эксплуатации.

Отличия галогенных источников света представлены в таблице.

Параметр

Тип источника света

Галогенная

Накаливания

Люминесцентная

Светодиодная

Срок службы, ч

2000-4000

1000

10000-15000

20000-50000

Цветовая температура, К

2700-3000

2400-2700

2700-6000

2800-10000

Экологическая безопасность/утилизация

Безопасны/отдельно от обычного стекла

Безопасны/обычная

Опасны/специальные пункты приема

Безопасны/обычная

Цена

Средняя

Низкая

Выше средней

Высокая

Нагрев

Очень сильный

Сильный

Низкий

Низкий

Во время эксплуатации не стоит касаться лампочек голыми руками. На коже есть жир, который остается на колбе, и приводит к ее почернению и перегоранию лампы. Желательно заменять ГЛ в перчатках или при помощи салфеток. Отпечатки пальцев стирают спиртом или другой обезжиривающей жидкостью. Все это не относится к лампам с двойной колбой.

Интересно, что если температура внутри колбы упадет ниже 250⁰С, то галогены не смогут вступить в реакцию с вольфрамом. Галогенный источник света будет работать, как лампа накаливания. Из-за этого нежелательно применять диммер: при снижении яркости уменьшится температура буферного газа. Источник света перестанет работать как надо.

При наличии диммера необходимо периодически включать лампу на полную мощность. Источник света сможет раскалиться до нужной температуры, чтобы галогены вступили в реакцию с вольфрамом. Спираль самовосстанавливается.

Стабильное напряжение также увеличивает срок службы. Для этого применяются стабилизирующие блоки защиты.

Лампы без внешней колбы не подходят для подвесных потолков.

Это приведет к расплавлению потолка.

ГЛ лучше не утилизировать совместно с обычным стеклом. 

Достоинства и недостатки.

Плюсы

  • Компактность.
  • Универсальность.
  • Простота подключения.
  • Отличная цветопередача.
  • Низкая цена.
  • Большой выбор моделей, форм и размеров.
  • Не зависят от перепадов температур.

Минусы

  • Большой разогрев колбы.
  • Чувствительность к перепадам напряжения.
  • Сложности диммирования.
  • Хрупкость.

Производители качественных галогенных ламп.

Для дома удобнее применять резьбовой цоколь.

Для освещения квартир подходят все модели кроме линейных. Хороший вариант  — лампы с внешней колбой. Они специально разработаны в качестве замены лампам накаливания. Но лучше уточнить в инструкции к люстре или светильнику, какие лампочки с ним совместимы.

Обратите внимание на тип цоколя лампочки и необходимое напряжение. Для обычных люстр удобнее привычные резьбовые Е14 и Е27.

Во избежание дополнительных сложностей с подключением выбирайте лампы, работающие от переменного тока.

Перед покупкой рассчитайте суммарную мощность лампочек: она не должна превышать нагрузку люстры.

Поскольку галогенные лампы сильно нагреваются, располагайте их на достаточном расстоянии от пластиковых и бумажных материалов.

Среди производителей выделяются следующие:

  1. Osram. Немецкий изготовитель, соблюдающий мировые стандарты качества. Специализируется на выпуске разнообразных источников света. Для бытового применения изготавливают галогенные лампы разного дизайна и мощности.
  2. Philips. Производитель из Нидерландов. Лидирует на рынке осветительных приборов. Выпускает светильники для освещения дома, прожекторов, для автомобилей. Лампы для фар комплектуются специальным фильтром, который уменьшает их пожелтение.
  3. Navigator. Российский производитель. Изготавливает источники света по российским и мировым стандартам качества. Специализируется на галогенных лампах для внутреннего и наружного освещения.
  4. Camelion. Российский производитель, ставящий качество на первый план. Источники света неоднократно проверяются, в том числе в собственных лабораториях. Лидирует в выпуске светильников для дома и офисов.

Устройство и разновидности металлогалогенных ламп.

Несмотря на название схожее с галогенными, металлогалогенные лампы (МГЛ) относятся к газоразрядным лампам высокого давления. Чаще всего их применяют в промышленности.

Устройство и принцип работы МГЛ.

Конструкция МГЛ.

Конструкции лампы представляет собой разрядную трубку(горелка) со впаянными электродами, помещенную в колбу. К колбе присоединяется цоколь. Разрядная трубка изготавливается из особого тугоплавкого стекла (кварцевого или керамического). Внутрь закачивается инертный газ (аргон) с добавками металлической ртути и галогенидов металлов (йодиды натрия и скандия). Горелка помещена во внешнюю колбу из боросиликатного стекла. Внешняя колба снижает теплопотери разрядной трубки, фильтрует ультрафиолетовое излучение от горелки.

Также внешняя колба защищает от механических повреждений.  Она заполнена азотом.

Применяются МГЛ с одной колбой. Они используются в процессах, где необходимо ультрафиолетовое излучение. Либо колба изготавливается из особого безозоновго кварцевого стекла, не пропускающего УФ-лучи.

Существуют МГЛ с двумя цоколями для работы в горизонтальном положении.

Принцип свечения МГЛ основан на плазме дугового разряда высокого давления. Когда лампа не работает, галогениды и ртуть сконденсированы на стенках разрядной трубки в виде пленки. Для начала работы необходим высоковольтный импульс от специального зажигающего устройства. После подачи импульса в горелке появляется тлеющий разряд, происходит испарение галогенидов. Разряд превращается в дуговой – соли и ртуть разлагаются на ионы. Ионизированные атомы ртути возбуждаются и начинают светиться. Весь процесс занимает 10-15 минут. Анионы галогенов тоже светятся в определенном спектре. Именно они позволяют создавать источники света разные по цветовой температуре и цвету.

Инертный газ необходим для протекания тока через разрядную трубку, когда источник света неразогрет и ртуть с галогенидами находится в твердом состоянии.

Для контроля заряда при разогреве лампы ток ограничивают балластами: электромагнитными (дросселями) или электронными. Дроссели дешевле, но электронные устройства исключают мерцание лампы и увеличивают ее КПД.

Схема подключения.

Поскольку для включения и правильной работы МГЛ необходимы особые устройства, то схема подключения не так проста.

Импульсное зажигающее устройство (ИЗУ) включается параллельно лампе, а токоограничивающие балласты – последовательно.

Электрическая схема подключения МГЛ.

Подобные схемы наносятся прямо на корпус импульсных устройств и дросселей. Главное, определить, где фазовый провод, а где нулевой.

Помните, что работа с электричеством требует осторожности, внимательности и минимальных знаний. Если вы не уверены в своих способностях, то лучше вызовите специалиста.

Штриховой линией на схеме изображен конденсатор (бумажный, неполярный). Его устанавливают для уменьшения реактивных потерь при применении электромагнитного дросселя. Емкость конденсатора выбирают исходя из мощности лампы (для 250-вольтовой подойдет 35 мкФ). Рабочее напряжение конденсатора не ниже 400 В (для ламп до 600 В). Впрочем, установка конденсатора не обязательный этап.

При монтаже металлогалогенных источников света учитывайте, что они сильно нагреваются (до 300 ⁰С). Продумайте хорошую вентиляцию и не размещайте лампу рядом с легковоспламеняющимися предметами.

Виды и маркировка МГЛ.

Разные виды МГЛ.

Металлогалогенные источники света используют для освещения коридоров, комнат разной площади. Их мощность составляет от 10 до 3500 Ватт. Причем до 2000 Вт МГЛ питаются от сети 220 В, а свыше 2 кВт – от 380 В.

Для наружного освещения выпускаются лампы мощностью 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт. Все они имеют один резьбовой цоколь и вкручиваются прямо в патрон. Двухцокольные (софитные) чаще всего бывают 70 и 150-ваттными.

Одноцокольные лампы маркируются SE, двуцокольные – DE.

Стабильность работы и срок службы зависят от положения лампы в пространстве. Дело в том, что сила тяжести напрямую влияет на конвекцию галогенидов при свечении. Поэтому МГЛ рассчитаны на работу в одной плоскости: BH – горизонтальной, BUD – вертикальной. Существуют и универсальные лампы. Они обозначаются буквой U.

За рубежом металлогалогенные лампы обозначают по-разному. Согласно системе ANSI они называются MHL/MH, далее указывается цифровой код с характеристиками лампы и типа балласта. Затем идут буквы, обозначающие размер и тип колбы, затем мощность и цветовая температура.

Альтернативным обозначением является HQI. Изначально так маркировались МГЛ фирмы OSRAM, но постепенно аббревиатура распространилась среди других производителей.

Форма горелки обозначается следующими буквами:

  • Т – цилиндрическая;
  • Е – эллипсоидная;
  • ЕТ – эллипсоидно-трубчатая;
  • Р/PAR – параболическая;
  • R – рефлекторная.

Для полной уверенности в параметрах покупаемой лампы стоит изучить техническую документацию, не полагаясь на маркировку.

МГЛ различаются по исполнению цоколя. Существуют три типа:

  • Е27, Е40 – резьбовой цоколь, как в лампах накаливания;
  • RX7s – софитные с двумя цоколями;
  • 5, g12 – штырьковый цоколь.

Разные варианты цоколя.

Источники света мощностью выше 2 кВт выпускают без цоколя с гибкими клеммами для закрепления винтами.

Технические характеристики.

  1. Отличный индекс цветопередачи: 85-95%.
  2. Широкий диапазон цветовой температуры. В зависимости от добавок ее получают от 2500 К до 20000 К.
  3. Чувствительность к перепадам в сети. Колебание в 10% может выключить лампочку. Более сильное превышение напряжения может привести ко взрыву колбы. А долгая работа на низком напряжении приводит к изменению качеств света.
  4. Металлогалогенные источники света не зависят от температуры окружающей среды. Успешно работают при морозах.
  5. Стабильность светового потока на протяжении всего срока службы. В конце срока эксплуатации лампочка светит так же, как и в начале.
  6. Долгий срок службы: 6000-15000 часов.

В таблице указаны сравнительные характеристики популярных моделей МГЛ фирм OSRAM и Philips.

Обозначение

Мощность, Вт

Тип цоколя

Световой поток, Лм

Ra

Габаритные размеры, мм (l)

OSRAM

Philips

HQI TS 70/D

75

RX7s

 

5000

95

20×114,2

 

HQI TS 70/NDL

MHN TD 70W

75

5500

85

 

HQI TS 70/WDL

MHW TD 70W

75

5000

HQI T 35/WDL/BU

CMD-T35W/830

35

G12

2400

25×84

HQI T 70/NDL

MHN-T 70W

75

5500

HQI T 70/WDL

CMD-T70W/830

75

5200

HQI T 150/NDL

MHN-T 150W

150

12500

Минусы и плюсы металлогалогенных ламп.

Преимущества металлогалогенных источников света в следующем:

Плюсы

  • Высокий индекс цветопередачи.
  • Спектр света максимально схож с солнечным.
  • Широкий интервал мощностей.
  • Отлаженное производство, которое сводит к минимуму поломки.
  • Долгий срок службы.
  • Работа при низких температурах.
  • Высокая цена.
  • Невозможность диммирования.
  • Сложная схема подключения к сети, повышенные требования к охлаждению источника света.
  • Взрывоопасность, опасность из-за содержания ртути.
  • Зависимость от расположения в пространстве.
  • Необходимость утилизации из-за содержания ртути.
  • Медленное разгорание.
  • Необходимость остывания лампы перед повторным запуском.

Область применения.

МГЛ в теплице.

Для домашнего освещения металлогалогенные лампы не подходят: слишком много недостатков. Однако их достоинства обуславливают широкое применение в других отраслях:

  • Кино- и фотосъемка, театральное освещение и освещение массовых уличных мероприятий.
  • Поисковые прожекторы.
  • Фары различных транспортных средств.
  • Освещение открытых пространств: вокзалов, аэропортов, стадионов, строительных объектов и т.д.
  • Освещение промышленных зданий, цехов.
  • Уличное освещение в городах.
  • Освещение в теплицах, оранжереях, аквариумах.

Интересные факты.

Лампочки для растений и аквариумов.

Для оранжерей и теплиц выпускают особые лампы с искаженной цветопередачей. Таким образом добиваются ускоренного роста растений при помощи специального спектра, не подходящего для работы людей. Индекс цветопередачи в таком случае составляет всего 50-60%. Подробнее про лампы для аквариума можете прочитать в статье «Освещение аквариума».

Чтобы получить оранжевый цвет в разрядную трубку добавляют ионы натрия. Зеленые оттенки  света даст таллий, а синие  – индий.

Характеристики света, указанные на упаковке МГЛ относятся к лампе, отработавшей 70-100 часов. Следовательно, новая лампа может светить по-другому.

На цветовую температуру влияет напряжение сети: при заниженном спектр будет холоднее, с примесью голубого. При завышенном напряжении будут примешиваться красные оттенки.

Советы по эксплуатации и выбору ламп.

Освещение цеха.

  • Знать характеристики света, которые необходимо получить.
  • Внимательно изучить упаковку и технические характеристики покупаемого источника света.
  • Диаметр цоколя должен точно совпадать с диаметром патрона светильника. Лампы с резьбовым цоколем тщательно вкручивать для очень плотного соединения.
  • Следить за соблюдением рабочего положения светильника: вертикальные МГЛ не должны висеть горизонтально и т.д.
  • Лучше выбирать лампу, к которой в комплекте идет пусковое устройство (ИЗУ). В этом случае лампа прослужит дольше, так как срок службы зависит от совместимости МГЛ и ИЗУ. В случае выхода из строя лампы новый источник света стоит выбирать исходя из параметров пускового устройства. А лучше принести перегоревшую лампу в магазин и показать ее продавцу.
  • Мощность балласта должна соответствовать мощности МГЛ.
  • Обеспечить хорошую вентиляцию МГЛ и дросселей.
  • Сохраняйте после покупки чеки и гарантийные талоны.
  • Утилизируйте МГЛ правильно, как ртутные опасные отходы. Вышедшие из строя и новые лампы хранить в картонной упаковке в недоступном месте.
  • Вкручивать МЛГ стоит в перчатках или при помощи тканевой салфетки. Если на колбе останутся следы от пальцев, то кожный жир сгорит. Колба станет черной, а стекло моет лопнуть от перегрева в этом месте. Перед эксплуатацией лампу можно очистить спиртом.

Заключение.

Поскольку в быту металлогалогенные лампы малоприменимы из-за своей опасности и сложности подключения, то чаще всего их покупкой занимаются организации. Они же заключают договоры на утилизацию со специальными лицензированными фирмами.

В сфере промышленного освещения металлогалогенные источники света успешно выдерживают конкуренцию с другими типами лампочек. А за счет своих достоинств они будут находить применение и в более узких сферах деятельности. Если вы не уверены в своих возможностях, то лучше вызовите специалиста.

срок службы, принцип работы, типы

СодержаниеПоказать

С каждым годом цены на электроэнергию растут, поэтому производители делают ставку на экономичные осветительные элементы. Они обходятся покупателям дороже, чем лампочки накаливания (ЛН), но быстро окупают себя благодаря энергосберегающим свойствам. Галогенная лампа – один из вариантов экономии. Она не потребляет много энергии, долговечна и переносит незначительные скачки напряжения в сети.

Галогенные лампы активно используют для видео- и фотосъёмки, офсетной печати, реже как инфракрасные нагревательные элементы. В любой из областей галогенные лампы способны заменить аналоги благодаря качеству, долговечности и показателям светоотдачи.

Что такое галогенная лампа

Галогенная лампа внешне выглядит как обычная ЛН. Она состоит из колбы с вольфрамовой спиралью внутри. В колбу закачан буферный газ с парами брома, фтора, йода и хлора. Пары подавляют испарение вольфрама со спирали при нагревании, не давая колбе потемнеть. Они же увеличивают срок эксплуатации в несколько раз по сравнению с ЛН.

Рис.1 – галогенная лампа.

Когда химические вещества в колбе испаряются, частицы вольфрама возвращаются в спираль, увеличивая температуру нагрева. Это дает интенсивность свечения и высокие показатели цветопередачи. Стекло колбы бывает матовым или прозрачным, давая приглушенный или более яркий свет. Сегодня выпускаются лампы разной мощности, включая низковольтные под напряжение 12 В и 24 В. Высоковольтные лампочки работают от однофазной сети напрямую.

Разновидности

Чтобы «галогенка» прослужила как можно дольше, важно выбирать ее с учетом параметров и целей. В первую очередь лампочки классифицируют по источнику питания:

  • лампы накаливания на 220 В;
  • низковольтные лампы с драйверами на 12 В.

Низковольтное устройство можно подключать к выделенным источникам питания только через понижающий трансформатор. Он переводит напряжение сети  в 12 В. По конфигурации и назначению галогенные лампы делят на:

  • устройства с внешней колбой;
  • капсульные;
  • со специальным отражателем;
  • линейные.

Видео по теме: перед покупкой ознакомьтесь с видами лампочек

Линейные

Эта разновидность галогенных ламп появилась первой и выпускается до сих пор. Конструкция состоит из вытянутой колбы и двух штырьковых держателей по краям. Из-за высокой мощности в быту такие модели непопулярны.

Рис.2 – линейная лампа.

С внешней колбой

Изделие по виду напоминает стандартную лампу накаливания. Колба защищена от потемнения в случае перегрева. Модели выпускаются с двумя разновидностями цоколя – Е27 и Е14. Поэтому в быту лампочки используют как энергосберегающие, вместо ЛН.

Рис.3 – лампочка с внешней колбой.

Со специальным отражателем

Эти галогенные лампы в народе называют «лампочками направленного свечения». Корпус в виде полусферы изнутри покрыт светоотражающим материалом, который направляет световой поток. В центре находится спираль накаливания. Корпус может оснащаться стеклом, но не обязательно.

Рис.4 – лампа с отражателем.

Для теплоотвода здесь установлены интерференционные или алюминиевые отражатели. Самыми надежными считаются IRC-модели, которые не нагреваются благодаря отражению инфракрасного излучения обратно на спираль накаливания. Ресурс такой лампы выше, а показатели энергопотребления ниже. Устройства с отражателем производят для высоковольтных и низковольтных светильников.

Рис.5 – лампа IRC.

Капсульные

Корпус такой лампы это капсула, внутри которой находится спираль с металлическими выводами наружу для подключения к патрону. Делят устройства по типу цоколя: G5, 3, 4 или 9. Зачастую лампочки приобретают для подсветки интерьера, в точечные светильники, встроенные в мебель или конструкции из гипсокартона. В редких случаях их устанавливают в люстры и другие приборы бытового освещения.

Рис.6 – капсульная лампочка.

Принцип работы галогенной лампы

Когда ток проходит через вольфрамовую спираль накаливания, происходит ее нагревание до высокой температуры. Нить начинает светиться. Однако атомы вольфрама, нагреваясь, постепенно испаряются и скапливаются в менее горячих областях внутри колбы. Этот процесс снижает долговечность лампочки.

Рис.7 – устройство галогенной лампы.

При накаливании пары йода взаимодействуют с испаряющимися атомами вольфрама, что препятствует их распространению по колбе. Это обратимый процесс. Нагреваясь, возле нити накаливания пары распадаются на составляющие вещества.

Таким образом атомы вольфрама возвращаются на нить, повышая эксплуатационную температуру и продлевая срок службы. Элементы компактнее чем ЛН аналогичной мощности.

Где используются галогенные лампы

Несмотря на все преимущества галогенных ламп, на рынке они не воспринимаются как серьезные конкуренты других энергосберегающих лампочек, включая модели LED. Их можно расценивать как альтернативу ЛН.

Благодаря небольшим размерам и светоотдаче, их часто устанавливают в велосипедные, автомобильные и мотоциклетные фары. Иногда покупают для бытовых осветительных приборов. Более мощные монтируют в прожекторы, фото- и видеооборудование.

Особенности эксплуатации

Чтобы лампа прослужила как можно дольше, производители советуют не прикасаться к колбе руками, даже если они чистые. Жир, который остаётся после касания может спровоцировать перегорание лампы. При замене лучше надеть перчатки. Если внутри колбы температура опустится ниже 250°C, взаимодействия с вольфрамом не произойдет.

Рис.8 – особенности галогенных светильников.

В итоге устройство будет работать как обыкновенная лампа накаливания. Также не рекомендуется устанавливать диммер. Из-за этого лампочка перестает работать корректно, так как снижение яркости напрямую связано с температурой буферного газа. Если все-таки диммер был установлен, его следует включать на полную мощность как можно чаще. Это необходимо для нагрева до необходимой температуры и взаимодействия галогенов с вольфрамом.

Так спираль накаливания сможет самостоятельно восстановиться. Важно обеспечить стабильность напряжения сети, чтобы продлить срок службы. Если имеют место скачки напряжения, лучше установить стабилизирующий блок защиты. Для подвесных потолков не используются лампы без внешней колбы, нагретый элемент может расплавить стройматериалы.

Как проверить галогенную лампу

Для проверки галогенной лампы нужен мультиметр. Установите режим, позволяющий измерять минимальное сопротивление. Далее:

  1. Положите лампочку рядом с мультиметром, не касаясь голыми руками колбы.
  2. Возьмите щупы и приложите к выводам.
  3. Считайте показания, запишите их при необходимости.

Рис.9 – мультиметр.

Сопротивление будет разным для автомобильной и бытовой лампочки на 220 вольт. Показатели должны находиться в пределах от 0,5 до 1 Ом. Превышение говорит о неисправности.

Срок службы

Галогенные лампы служат достаточно долго благодаря буферному газу внутри колбы.  Некоторые типы устройств могут работать от 2000 до 4000 часов. Для этого необходимо соблюдать правила эксплуатации, не трогать изделие голыми руками, обеспечить стабильность напряжения в сети. При соблюдении условий лампа с диммером прослужит 4000-5000 часов.

Смотреть обязательно: Как обращаться с галогенной лампой, чтобы продлить ее срок

Техника безопасности

Перед установкой или заменой галогенной лампы изучите технику безопасности. Она поможет избежать механической поломки и перегрева устройства. Выполняйте правила утилизации, т.к. внутри лампочки содержится буферный газ.

Почему "галогенку" нельзя трогать руками

На бюджетной галогеновой лампе пальцы могут оставить жирные пятна. Температура на них способна превысить допустимый предел. Но в дорогих моделях двойная колба защищает лампу от плавления и перегорания.

Рис.10 – последствия установки без перчаток.

Если целостность устройства будет нарушена, это приведет к моментальной поломке или сокращению срока службы.

Правильная утилизация

Поврежденную или вышедшую из строя лампочку следует правильно утилизировать. Вместе с бытовым мусором выбрасывать «галогенки» нельзя из-за вредных летучих паров в колбе. Они не представляют серьезной опасности, тем не менее специалисты советуют собирать испорченные изделия в отдельную емкость и сдавать в специальные пункты приема. Их расположение можно узнать в интернете.

Как правильно заменить лампочку на авто

Достоинства и недостатки галогенных ламп

Галогенные лампы активно приобретают для дома вместо лампочек накаливания и на объекты коммерческого назначения. У консультантов в магазинах можно узнать о преимуществах и недостатках галогенных элементов. Информация есть и на тематических форумах. Это поможет сделать выбор.

Покупать «галогенку» рекомендуется только если её использование оправдано. Среди плюсов галогенных лампочек следующие:

  • светоотдача в пределах от 15 до 20 лм/Вт. У ламп накаливания это 7-17 лм/Вт. Значение влияет на экономичность и эффективность освещения;
  • габариты более миниатюрные чем у ЛН. Поэтому их можно установить в подвесной потолок с точечными плафонами или мебель. Здесь «галогенки» обыгрывают и другие энергосберегающие аналоги, которые устанавливаются далеко не во все типы плафонов;
  • продолжительность работы от 2000 до 4000 часов. Это в 3-4 раза выше чем у ЛН. При правильном использовании устройств плавного включения срок службы можно продлить до 11 000 часов.

Рис.11 – характеристики.

Изучая отзывы можно заметить, что покупатели чаще всего выделяют такие минусы как:

  • трудности при монтаже. Не каждую «галогенку» можно включить сразу после установки в светильник. Для низковольтных ламп в цепь устанавливается понижающий трансформатор. Кроме этого для продления срока эксплуатации можно дополнительно установить диммер;
  • колба слишком чувствительна к загрязнениям. При установке важно не касаться пальцами стекла, используя салфетку или перчатки. Иногда на местах пятен могут образоваться потемнения;
  • нагрев до высокой температуры. Если есть риск, что горящей лампы случайно может коснуться ребенок или взрослый, необходимо установить специальную защиту. Можно использовать прозрачный пластик. Также следите, чтобы лампочка не нагревала другие поверхности.

Рекомендации по эксплуатации позволят свести на нет эти недостатки. Несмотря на большую популярность других энергосберегающих ламп, например, светодиодных, «галогенки» пользуются спросом из-за удобства монтажа в разные виды плафонов.

Заключение

Галогенные лампочки имеют намного больше преимуществ, чем ЛН, но сильно проигрывают светодиодным. Поэтому их следует покупать только если польза превысит финансовые потери. Помните что «галогенки» прихотливы в использовании, не устанавливайте их, если бывают частые перепады напряжения в сети, даже незначительные.

Галогенная лампа

С изобретением галогеновой лампы производители светотехники и осветительных приборов наконец-то получили по-настоящему мощный и эффективный источник света. На смену тусклой, словно свеча, традиционной лампочке с вольфраммолибденовой нитью накаливания пришли галогеновые лампы, обеспечивающие высокую светоотдачу и насыщенность светового потока. При этом внешний вид источника света, на первый взгляд, практически и не изменился.

Что такое галогеновая лампа

Конструкция галогенового светильника лампы во многом похожа на обычную лампочку накаливания. Стеклянная колба устройства обладает идеальной прозрачностью стенок, поэтому вполне возможно попытаться разглядеть и разобраться, как работает галогенная лампа и что это такое. По сути, в галогеновом светильнике используется принцип пропускания тока через раскаленную спираль, как в лампе накаливания, но работает такая лампа на несколько ином принципе генерации видимого света.

Устройство

Все галогеновые лампочки, за исключением промышленных и специальных моделей, состоят из одних и тех же компонентов, которые могут отличаться по форме и размерам, но все равно присутствуют в лампе любой схемы:

  • Мощная спираль накаливания из вольфрама или вольфрам-рениевого сплава. Нить значительно толще, чем у обычных лампочек, и крепится она на массивных игольчатых штифтах;
  • Цокольная группа с контактами, большая часть моделей бытовых галогенных ламп изготавливаются со стандартными цоколями, позволяющими установить лампочку в патрон домашнего светильника или люстры. Специальные светильники могут комплектоваться не цоколем, а лишь группой контактов;
  • Наружная стеклянная колба из кварца оптического качества.

Для стабильной работы галогенового светильника потребуется также устройство для запуска галогеновой лампы — диммер или трансформатор.

К сведению! Требования к качеству и отсутствию дефектов стеклянного корпуса галогеновых светильников намного жестче, чем для старых лампочек накаливания, светодиодных или люминесцентных ламп.

Плотность светового потока настолько высока, что любое пятнышко, пыль или дефект неизбежно приводят к прогоранию и разрушению стеклянной колбы, внутри которой под давлением закачана смесь инертных газов и галогенов. До появления светодиодных сборок большинство автомобилистов перед установкой галогеновых ламп в гнезда фар тщательно вымывали колбу смесью чистого спирта и ацетона.

Принцип работы

Галогенка, несмотря на наличие спирали накаливания и газонаполненной колбы, лишь внешне похожа на обычную лампу накаливания, принцип ее работы в значительной степени отличается от старой классической лампочки. Обычная лампа излучает свет благодаря свечению раскаленной поверхности тонкой вольфрамовой спиральки.

Галогенная лампа накаливания также излучает свет благодаря ионам вольфрама, но сам процесс организован по-другому:

  • Поток света в галогеновой лампе формируется за счет тонкого раскаленного газового облака, окутывающего вольфрамовую спираль. Атмосфера тончайшей газовой пленки состоит из паров йодида вольфрама, окруженных смесью ксенона с азотом;
  • Как только на контакты галогеновой лампы подается рабочее напряжение, часть поверхности атомов вольфрама испаряется и вступает в реакцию с йодом. Именно это металл-галогеновое облако, вступая во взаимодействие с ксеноном, излучает основное количество света;
  • Пары йода фактически удерживают молекулы вольфрама над раскаленной спиралью, не давая ей испариться и выпасть в виде пленки на внутренней поверхности кварцевой колбы.

В галогенке свет генерируется не тонкой спиралькой из вольфрама, а окружающим ее газовым облачком, состоящим из раскаленных галогенов, металлических паров и ксенона. Что это дает? Разница в светоотдаче обычной лампочки накаливания и бытовой галогенки огромная, но из-за особенностей устройства человеческого глаза кажется, что отличие не такое и большое.

Оценить, насколько отличается свет галогенок и обычных лампочек, проще всего в ночное время. Достаточно случайно, на доли секунды, поймать взглядом яркий свет автомобильных фар с галогеновыми вставками, чтобы ослепнуть на несколько минут. Тогда как на обычную лампу, пусть и с дискомфортом, но смотреть еще можно.

Срок службы

Большинство бытовых галогенок рассчитано на стандартный срок службы: 2000 часов для качественных лампочек, для фирменных ламп – 2500 ч, китайские подделки известных брендов служат по-разному — от 500 до 1500 часов. Что удивительно, «китайцы» выходят из строя в основном из-за мелких дефектов, например, из-за распайки контактов или деформации цоколя вследствие перегрева корпуса.

Подобные мелочи легко устраняются своими руками, поэтому при аккуратном обращении с цоколем даже китайская галогенка может отработать до 1500 часов.

Продлить срок службы можно с помощью специальных пусковых устройств. Это может быть специальный трансформатор для галогенных ламп, управляемые диммеры и барретеры, ограничивающие заброс тока при включении лампы. Это позволяет избежать растрескивания вольфрамовой нити из-за неравномерного прогрева в первые секунды. Время включения галогеновой лампы возрастает до 3 секунд, но зато таким способом удается увеличить срок службы до 10-15 тыс. часов, что сопоставимо с ресурсом светодиодных источников света.

Плюсы и минусы

В рейтинге популярности галогеновые лампочки занимают третью ступеньку в списке наиболее популярных источников света. Лампы считаются достаточно яркими и горячими, с температурой 2700-2900оК. Что особенно ценно, спектр галогенки хоть и смещен к более холодному участку в сравнении с лампочкой классической конструкции, но при этом больше похож на солнечный свет, старые «спиральки», ЛДС или новомодные светодиодные сборки.

Светоотдача у галогенок выше, чем у обычных лампочек, на 50-70%, а срок службы в два раза больше.

Недостатков у галогенок всего два:

  • Высокая чувствительность к перепадам напряжения и быстрому старту;
  • Большое потребление энергии и интенсивное тепловыделение.

Соответственно, светильники приходится оборудовать системой продува корпуса и отвода тепла, а на подключении устанавливать защитные блоки.

Типы галогеновых ламп для дома

Огромные возможности источников света на основе переизлучающей пары галоген-ксенон были использованы в изготовлении достаточно большого моделей ламп и светильников. Всех их условно делят на несколько групп:

  • Мощные прожекторные лампы, чаще всего изготавливаемые в линейном форм-факторе и рассчитанные на подключение к однофазной сети 220В;
  • Бытовые галогеновые лампочки с винтовой цокольной группой, рассчитанные на бытовую электрическую сеть;
  • Точечные светильники с пониженным напряжением питания и потреблением электроэнергии, используемые в оформлении интерьера жилых комнат, кухни и ванного помещения.

Галогенки прекрасно работают как на переменном, так и на постоянном токе, но остаются крайне чувствительными к напряжению в электросети и к соблюдению правил установки галогеновой лампы.

Важно! Все типы галогеновых ламп выпускаются с индивидуальным расположением контактов на цоколе. Таким образом, удается не перепутать и не установить низковольтные лампочки в промышленную сеть.

Линейные схемы

Один из наиболее мощных источников света изготавливается в линейном форм-факторе. Благодаря вытянутому стеклянному корпусу линейная галогенная лампа прекрасно адаптирована к жестким условиям работы в условиях закрытого корпуса прожектора. Внутри кварцевой трубки находится массивная вольфрамовая спираль на молибденовых держателях.

Потребление электроэнергии составляет от 60 Вт до 2 кВт, длина от 78 мм до 333 мм. Самые большие галогенки с линейной формой корпуса рассчитаны на получение гигантских световых потоков. Цоколь лампы выполнен по безопасной схеме R7-S, то есть контакты расположены с противоположных концов корпуса.

Благодаря высокой плотности светового потока мощные линейные галогенки находят применение в самом неожиданном качестве:

  • Бесконтактные источники энергии в сушилках для фруктов и овощей;
  • Сушилки-стерилизаторы помещений для птицы и животных. Часть энергии выделяется в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому мощные галогенки прекрасно высушивают и одновременно стерилизуют поверхность;
  • Охранные и осветительные системы для стоянок, паркингов и участков частных домовладений;
  • Системы окраски и сушки автомобильных кузовов, обвесов и деталей машин.

По условиям эксплуатации лампа должна располагаться горизонтально, но на практике галогеновые светильники марки КГ неплохо работают в любом положении, если, конечно, их не бросать на пол.

Галогеновые лампы с внешней колбой

Светильники с наружной кварцевой колбой по внешнему виду напоминают обычную лампу накаливания – «грушу». Отличить галогеновую лампочку от обычной можно по увеличенному внутреннему держателю из кварца.

Лампа рассчитана на сетевое напряжение 230 В и может устанавливаться практически в любой осветительный прибор с керамическим патроном и медными контактами модели Е27 или Е14. Одна лампа с рассеивающей колбой способна освещать комнату до 30 м2, если нет дополнительных плафонов и используется стабилизированное питающее напряжение.

Галогеновые лампы с отражателем

В данном типе галогеновых ламп используются наружные встроенные отражатели с алюминиевым покрытием, обычно зеркального или полупрозрачного типа. Благодаря интерференционному покрытию большая часть тепла отводится с тыльной стороны корпуса.

Форма лампочки напоминает гриб, поэтому в быту такие галогеновые лампы иногда называют грибками. На сегодня это наиболее массовый тип бытовых галогеновых светильников. В маркировке лампочки всегда имеется численное обозначение, это определяющий диаметр цоколя, например, в М16 цоколь 16 мм, диаметр колбы 50 мм, мощность 50 Вт.

Капсульные конструкции

Такие галогенки чаще всего называют «пальчиковыми» за размеры и форму термостойкого стеклянного корпуса. Вольфрамовая нить внутри колбочки диаметром 5-10 мм фиксируется с помощью зажима особой формы, что позволяет галогеновой лампе работать практически в любом положении, хотя производители выпускают галогенки с продольной и поперечной ориентацией нити накала.

Контактная группа капсульной галогеновой лампочки оформляется в виде двух штырьков. Большинство моделей галогенок оборудованы цоколем G9 с межосевым расстоянием в 9 мм, но есть и цоколи G11-G15.

Данный тип галогеновых ламп используется только в качестве подсветки в линиях освещения, светильниках точечного типа, гирляндах. Мощность галогенки колеблется от 20 до 60 Вт.

Низковольтные системы

Высокоамперные или низковольтные галогенки используются в первую очередь в автомобильной технике и переносных фонарях. Такие конструкции могут оборудоваться двумя нитями в одном корпусе, а цоколь галогеновой лампочки всегда изготавливается с массивным металлическим основанием, через которое отводится большая часть тепла.

Блок защиты для галогенных ламп

В момент старта или включения галогенки происходит наиболее сильный износ нити накаливания. Внутренние слои спирали галогеновой лампочки быстро разогреваются и расширяются, а наружные остаются более холодными, покрываются трещинами и подвергаются эрозии под действием паров йода.

Для плавного старта используются специальные блоки защиты или диммеры. Встроенные резисторы с переменным сопротивлением задерживают нарастание тока на 2-3 с, что обеспечивает увеличение ресурса галогенового светильника.

Трансформатор для галогенных ламп

Низковольтные лампы всегда включают через специальные блоки или защитные трансформаторы. Электронное устройство помогает «раскачать» или запустить галогенку, защитить лампу от короткого замыкания и перегрева.

Наиболее простые трансформаторы могут преобразовывать напряжение с сетевого уровня до 12 В, более сложные могут иметь встроенные программаторы или подключать одновременно 6-10 галогеновых ламп.

Заключение

Технология изготовления галогеновых лампочек за более чем сорокалетнюю историю была отработана и отшлифована почти до идеального состояния. Ушли в прошлое случаи взрыва колбы и перегорания нитей накаливания галогенок в момент старта. Несмотря на засилье светодиодных светильников, галогеновые лампы остаются все такими же популярными у профессионалов и знатоков осветительных приборов, как и двадцать лет назад.

Галогенная лампа - это... Что такое Галогенная лампа?

Галогенная лампа Галогенная лампа накаливания с цоколем Е27 и двойной колбой

Галоге́нная ла́мпа — лампа накаливания, в баллон которой добавлен буферный газ: пары галогенов (брома или йода). Это повышает время жизни лампы до 2000—4000 часов, и позволяет повысить температуру спирали. При этом рабочая температура спирали составляет примерно 3000 К. Эффективная светоотдача большинства массово производимых галогенных ламп на январь 2012 составляет от 15 до 22 лм/Вт.

Принцип действия

Электрический ток, проходя через тело накала (обычно — вольфрамовую спираль), нагревает его до высокой температуры. Нагреваясь, тело накала начинает светиться. Однако из-за высокой рабочей температуры атомы вольфрама испаряются с поверхности тела накала (вольфрамовой спирали) и осаждаются (конденсируются) на менее горячих поверхностях колбы, ограничивая срок службы лампы.

В галогенной лампе окружающий тело накала йод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама, препятствуя осаждению последних на колбе. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах вблизи тела накала соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. В результате атомы вольфрама возвращаются на тело накала, что позволяет повысить рабочую температуру спирали (для получения более яркого света), продлить срок службы лампы, а также уменьшить габариты по сравнению с обычными лампами накаливания той же мощности.

Галогенные лампы одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе. При применении плавного включения срок службы может быть повышен до 8000-12 000 часов.

Преимущества и недостатки

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла выше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать очень компактными. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

Цветопередача

Галогенные лампы обладают очень хорошей цветопередачей (Ra 99-100), поскольку их непрерывный спектр близок к спектру абсолютно чёрного тела с температурой 2800-3000K. Их свет подчёркивает тёплые тона, но в меньшей степени, чем свет обычных ламп накаливания.

Применение

Хотя галогенные лампы не достигают эффективности люминесцентных и тем более светодиодных ламп, их преимущество состоит в том, что они могут быть без каких-либо доработок использованы как прямая замена обычных ламп накаливания, например, с диммерами и с выключателями с подсветкой («с огоньком»).

Галогенные лампы также активно используются в автомобильных фарах благодаря их повышенной светоотдаче, долговечности, устойчивости к колебаниям напряжения, малым размерам колбы.

Мощная осветительная галогенная лампа ~230В 150Вт L=118мм

Мощные галогенные лампы используются в прожекторах, рампах, а также для освещения при фото-, кино- и видеосъёмке, в кинопроекционной аппаратуре.

Галогенные лампы с небольшой температурой тела накаливания являются источниками инфракрасного излучения и используются в качестве нагревательных элементов, к примеру в электроплитах[1], микроволновках (гриль), паяльниках (спайка ИК-излучением термопластов).

Исполнение

Лампа типоразмера MR16

Галогенные лампы могут быть изготовлены как в компактных типоразмерах MR16, MR11, с цоколем GU 5.3, G4, GY 6.35 (на 12 вольт) или G9, GU10 (на 220 или 110 вольт), так и с цоколем Эдисона Е14 или Е27 (на 220 или 110 вольт), линейные с цоколем R7 различной длины (L=78 мм, L=118 мм и др.). Колба ламп может быть прозрачной, матированной, а также иметь рефлектор и/или рассеиватель.

Лампы типоразмеров MR предназначены для установки в транспортных средствах (автомобилях, мотоциклах, велосипедах), а также, при подключении через трансформатор, могут быть использованы для стационарного освещения («точечное освещение», компактные светильники) от бытовой сети.

Лампы типоразмера GU используются для стационарного освещения аналогично лампам MR, в отличие от последних не требуя трансформатора. Определить, лампа какого типа (MR или GU) установлена в данном светильнике или световой «точке», не вынимая лампу, легко, проследив, как меняется яркость лампы при включении и выключении: лампа GU загорается и гаснет практически мгновенно, а лампа MR — плавнее, обладая определённой инерцией (порядка 1/2 секунды).

Лампы с цоколем Е14 (миньон) или Е27 (стандарт) предназначены для замещения обычных ламп накаливания. Они снабжены дополнительной внешней колбой (по форме и размерам напоминающей колбу обычных ламп накаливания), защищающей внутреннюю кварцевую колбу от загрязнений, случайных прикосновений и контакта с легкоплавкими материалами.

Особенности эксплуатации

Галогенные лампы очень чувствительны к жировым загрязнениям, поэтому их внутренних колб нельзя касаться даже чисто вымытыми руками. Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения (поэтому, из-за высокой температуры, колбы изготавливаются из кварцевого стекла). При их установке следует держать колбу лампы через чистую салфетку (или в чистых перчатках), а при случайном касании тщательно протереть колбу тканью, не оставляющей волокон (например микрофиброй) со спиртом.


Поскольку колба галогенной лампы разогревается до пожароопасных температур, то её следует монтировать так, чтобы в дальнейшем полностью исключить всякую возможность её соприкосновения с любыми находящимися поблизости предметами и материалами, и тем более человеческим телом.

При использовании галогенной лампы с диммером необходимо время от времени включать лампу на полную мощность, чтобы испарить накопившийся на внутренней части колбы осадок йодида вольфрама.

IRC-галогенные лампы

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).

Примечания

Галогенные лампы. Устройство, принцип, схемы включения, технические характеристики галогенных ламп.

1. Принцип работы галогенных ламп

Что такое галогенная лампа накаливания

Галогенные лампы накаливания (сокращенно ГЛН) часто называют просто «галогенными лампами». Из-за этого ошибочно считают, что в них используется какой-то новый способ получения света.

Примечание. На самом деле эти лампы представляют собой всего лишь усовершенствованную разновидность обычных ламп накаливания, и свет в них также получается за счет накала тонкой вольфрамовой проволоки.

Впервые идея добавления в колбу лампы галогенных паров для уменьшения почернения стекла была запатентована еще в конце XIX века. Полезный эффект достигался за счет того, что пары галогенов способны соединяться с испаряющимися частицами вольфрама, а затем под действием высокой температуры распадаться, возвращая вольфрам на спираль.

Принцип действия

Вылетающие с раскаленной спирали атомы вольфрама, таким образом, не долетали до стенок колбы лампы (за счет чего и снижалось почернение), а возвращались обратно химическим путем. Это явление получило название галогенного цикла (рис. 1).

Использование галогенного цикла позволяет улучшить сразу два параметра лампы накаливания:

во-первых, существенно замедляется испарение спирали, а, значит, увеличивается срок службы лампы;

во-вторых, можно заметно повысить температуру (а, значит, и светоотдачу) спирали, так как при ее росте увеличивается и эффективность галогенного цикла, а, значит, и контроль над испарением вольфрама.

На первый взгляд галогенная технология настолько безупречна, что подобная лампа получается практически вечной. К сожалению, это не совсем так. Дело в том, что атомы вольфрама, испарившиеся с одного участка спирали, возвращаются галогенами на другие. Рано или поздно в галогенной лампе начинаются те же процессы, что и в лампе накаливания: некоторый участок спирали становится заметно тоньше, его температура повышается, и испарение в этом месте еще более увеличивается. Это неизбежно приводит к перегоранию.

Рис. 1. Галогенный цикл

Практически применимая галогенная лампа была предложена лишь в 1959 году в США. Исследования заняли такое продолжительное время по той причине, что в первоначальном варианте предлагалось использовать для этой лампы стеклянную колбу.

Эксперименты показали, что при повышении температуры спирали галогены начинали активно взаимодействовать со стеклом, и колба разрушалась. Преодолеть этот барьер удалось за счет использования кварцевого стекла и вытекающих из этого технологических усложнений.

Примечание. Эффективность галогенного цикла наиболее высока при небольшом объеме колбы лампы, и этим объясняется тот факт, что все галогенные лампы имеют сравнительно небольшие размеры.


2. Техническая информация

Преимущества галогенных ламп

Вследствие того, что галогенные лампы являются лишь модифицированным вариантом обычных ламп накаливания, их свойства во многом схожи. За счет использования галогенного цикла достигнуто два основных преимущества над вакуумными и газополненными лампами:

увеличенная светоотдача;

более длительный срок службы.

Кроме этого, за счет более высокой температуры спирали эти лампы дают свет чуть более холодного оттенка.

Световая отдача галогенных ламп накаливания примерно вдвое выше, чем у стандартных ламп той же мощности и составляет 20–25 лм/Вт. Ее значение увеличивается с увеличением мощности лампы и уменьшением ее номинального напряжения.

Примечание. Яркость нити накала несколько повышена за счет ее увеличенной температуры и может достигать порядка 108 кд/м2. Благодаря этому галогенные лампы идеально подходят для использования в прожекторах и линзовых оптических системах.

Яркость ламп, предназначенных для прямой замены матовых ламп накаливания, снижена за счет матирования колбы или путем нанесения на колбу внутреннего рассеивающего покрытия.

Основные параметры

Номинальное напряжение осветительных галогенных ламп делится на две группы — низкое (6, 12 или 24 В) или высокое (110–240 В). Согласно этому делению, различают, соответственно, галогенные лампы низкого и сетевого напряжения.

Лампы специального назначения выпускаются в очень широком диапазоне рабочих напряжений (от 3 В и более).

Диапазон мощностей практически соответствует таковому у обычных ламп накаливания (от 1 до 5000–10000 Вт). По причине постепенного вытеснения тепловых ламп из мощного прожекторного освещения ведущие производители уже не предлагают продажу на рынке лампы мощнее 2000 Вт.

Рабочая температура и количество выделяемого тепла, являющегося основным продуктом тепловых излучателей, велики. В связи с этим галогенные лампы чувствительны к попаданию воды и потенциально пожароопасны. Кроме этого, непосредственно нагревающаяся часть лампы обычно расположена близко к месту подключения питающего напряжения. Это накладывает особые требования на материал, из которого изготавливают патроны и светильники для этих ламп. Характеристики ламп не зависят от температуры окружающей среды.

Типовые схемы включения

Схема включения галогенных ламп сетевого напряжения не отличается от таковой для обычных ламп накаливания. Лампы низкого напряжения питаются от специальных трансформаторов, причем из-за высоких токов (до 8 А на лампу) вместо прокладки единой низковольтной сети обычно используют несколько групп светильников с питающими их отдельными трансформаторами. Галогенные лампы не чувствительны к роду питающего тока (переменному или постоянному).

Регулирование светового потока сетевых ламп осуществляется любыми стандартными светорегуляторами аналогично лампам накаливания. Возможность и способ регулирования низковольтных ламп полностью определяется типом трансформатора.

Cовет. Необходимо отметить, что при снижении мощности галогенной лампы при помощи светорегуляторов нарушается работа галогенного цикла, и это может приводить к снижению срока службы нити накала. Чтобы этого не происходило, рекомендуется периодически включать лампу на полную мощность, обеспечивая таким образом восстановление материала спирали.

Габаритные размеры галогенных ламп

Габариты галогенных ламп низкого напряжения можно смело назвать минимальными для тепловых источников соответствующей мощности. Это достигается за счет максимального приближения стенок колбы к нити накала, требуемого для работы галогенного цикла. Что касается сетевых ламп, их размеры зависят от конструктивного исполнения, и в большинстве случаев длина лампы пропорциональна ее мощности. Габариты ламп, предназначенных для прямой замены ламп накаливания, не превышают размеров аналогов.

Срок службы

Срок службы галогенных ламп определяется моментом разрушения нити накала. Использование галогенного цикла позволяет либо значительно увеличить светоотдачу лампы по сравнению с лампами накаливания при сохранении того же срока службы (1000 ч), либо заметно продлить срок службы (до 4000–5000 ч) при тех же световых параметрах.

Примечание. Как правило, производители выбирают компромиссный вариант: вдвое увеличенная светоотдача при вдвое большем сроке службы.

Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать период в 2000 ч. Этот же параметр у отдельных низковольтных моделей достигает 4000 ч. Механические воздействия на лампы в процессе эксплуатации (в особенности, для линейных ламп с большой длиной спирали), а также частые включения сокращают их срок службы.

За счет использования в галогенных лампах кварцевой колбы ультрафиолетовое излучение нити накала беспрепятственно выходит наружу, и требуются специальные меры по его блокированию. Эта проблема полностью решена у сетевых ламп, кварцевая колба которых помещена в стеклянную оболочку.

Частичная фильтрация ультрафиолета также достигается нанесением на колбу специального фильтрующего покрытия (такие лампы маркируются как UV-Stop, UV-Block и т. п.). В случае, если предпринятые в конструкции лампы меры недостаточны для обеспечения ее ультрафиолетовой безопасности, такая лампа должна устанавливаться только в светильник с защитным стеклом, о чем делается соответствующая пометка в каталоге и на упаковке.

Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у традиционных ламп накаливания. Она составляет 3000–3200 К.

Cовет. Этот параметр можно изменить за счет использования встроенных или внешних светофильтров, а также подбором толщины интерференционного отражающего слоя в зеркальных лампах.

По этой технологии выпускаются галогенные лампы низкого напряжения с Тв = 4000 К, а также цветные.

Индекс цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100. За счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.

Эксплуатационные особенности

Эксплуатационные особенности галогенных ламп, помимо уже описанной специфики, затрагивают два дополнительных аспекта.

Во-первых, лампы в одинарных кварцевых колбах не допускают прикосновения к ним голыми руками. Это объясняется способностью кварца кристаллизоваться вокруг инородных частиц, заносимых при таком контакте. Возникновение очагов кристаллизации приводит к нарушению однородной структуры стенки колбы, из-за чего колба трескается или взрывается.

Во-вторых, многие модели сетевых и специальных галогенных ламп не допускают произвольного положения горения и требуют специального размещения в светильнике. Например, линейные лампы имеют максимальный срок службы при горизонтальном положении. Это связано с тем, что громоздкая нить накала несимметрично закреплена внутри колбы, и при ее неправильной ориентации может провисать и выпадать из креплений, что ведет к перегоранию лампы.

На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при этом недорогим видом источника света с «теплым» спектром. Этим объясняется их богатый ассортимент, имеющий тенденцию к расширению.

3. Современные галогенные лампы с питанием 220 в

Линейные (софитные) галогенные лампы

Новые световые характеристики, достигнутые у галогенных ламп, позволили разработать для них особый ассортимент, лишь отчасти перекликающийся с выпускаемыми видами ламп накаливания.

Изначально тепловые лампы с добавками галогенных соединений появились в виде линейных (софитных) моделей, нить накала в которых занимала всю длину колбы (рис. 2).

Подобная конструкция особенно удачна для параболоцилиндрических систем концентрации света. Первые модели линейных ламп имели высокую мощность (1000–20000 Вт) и предназначались для прожекторов и светильников наружного освещения. В дальнейшем наметилась тенденция к сдвигу модельного ряда в сторону меньших мощностей, и на сегодняшний день он включает номиналы 60, 100, 150, 250, 300, 500,

750, 1000, 1500 и 2000 Вт. Подавляющее большинство моделей снабжено двумя цоколями типа R7s.

Длина лампы, как правило, растет с увеличением мощности, но однозначного соответствия, тем не менее, нет. Модели небольшой и средней мощности выпускаются в трех типоразмерах, с полной длиной 73, 117,6 и 189,1 мм. При подборе ламп для замены в существующих светильниках важно обратить внимание на то, что лампы мощностью 150 и 200 Вт выпускаются как в первом, так и во втором перечисленном исполнении.

Рис. 2. Внешний вид линейных ГЛН

Несмотря на то, что многие изготовители объявляют о допустимости произвольного рабочего положения ламп этого вида (кроме мощных моделей), наилучшим положением горения для них является горизонтальное, с отклонениями не более ±15°. Это связано с особенностями крепления нити накала внутри колбы.

Линейные лампы повышенной эффективности

Линейные лампы повышенной эффективности, строго говоря, являются лишь разновидностью обычных линейных ламп. Увеличение светоотдачи достигается в них за счет специального внутреннего покрытия колбы, отражающего инфракрасные излучения. Генерируемое нитью накала тепло, таким образом, возвращается обратно на нить и способствует ее дополнительному накаливанию.

Правило. С ростом температуры нити накала светоотдача тепловой лампы увеличивается.

Лампы повышенной эффективности имеют стандартную длину, но их мощность несколько снижена по сравнению со стандартными моделями (225–250 и 375–400 Вт вместо 300 и 500 Вт, соответственно).

Внимание. Использование одинарной колбы из кварцевого стекла создает опасность, связанную с ультрафиолетовым излучением нити накала (линейные лампы предназначены только для закрытых светильников). Кроме этого, данный вид стекла чувствителен к прикосновению голых рук. Необходимые меры безопасности при эксплуатации и обращении с лампами отмечаются в каталогах и на упаковке соответствующими пиктограммами.

Одноцокольные галогенные лампы с резьбовыми цоколями

Двухцокольная конструкция линейных ламп исключает их использование в обычных светильниках для ламп накаливания. Для преодоления этого неудобства разработаны одноцокольные лампы с резьбовыми цоколями в стеклянных колбах с помещенной внутрь линейной галогенной трубкой. Их ассортимент специально разработан для прямой замены ламп накаливания той же мощности. Как и все галогенные лампы, одноцокольные модели допускают включение в схемы со светорегуляторами, однако при этом ухудшаются их светоотдача и срок службы. Из-за сравнительно небольших размеров внутренней трубки лампы не чувствительны к положению горения.

Вместо традиционной для ламп накаливания колбы типа А в лампах этого вида используют колбы различной формы в прозрачном, матовом или молочном исполнении (рис. 3).

Более яркая нить накала подчеркивает эффект искрящегося света при их установке в люстры с гранеными стеклянными и хрустальными элементами. В целом одноцокольные галогенные лампы подходят для установки в светильники рассеянного света, однако неэффективны с зеркальными отражателями. Это объясняется тем, что размеры и положение их нити накала не соответствуют таковым у традиционных ламп накаливания, на которые рассчитаны стандартные отражатели.

Рис. 3. Внешний вид различных ГЛН с резьбовым цоколем

Капсульные галогенные лампы

Так называемые капсульные галогенные лампы получили свое название из-за соответствующей формы колбы (рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид капсульных ГЛН

Она представляет собой запаянный с обеих сторон отрезок трубки с односторонним вводом проводов. Внутри колбы находится компактная, обычно сложенная вдвое по сравнению с линейным вариантом спираль.

Внимание. Капсульные лампы разработаны совместно с оптическими системами специальных прожекторов и поэтому, несмотря на по-прежнему прямое включение в сеть, не взаимозаменяемы с обычными лампами накаливания.

Как правило, лампы этого вида имеют байонетный цоколь B15d. В последнее время разработаны миниатюрные капсульные модели со штырьковыми цоколями, аналогичные по конструкции соответствующим низковольтным лампам.

Использование в колбах капсульных ламп специальных сортов стекла и дополнительных фильтрующих покрытий снимает проблему ультрафиолетовой опасности. Кроме этого, на базе галогенных капсул высокого напряжения некоторые производители создают и лампы в двойной колбе с резьбовыми цоколями, наподобие описанных выше.

Зеркальные галогенные лампы

Преимущества высокой яркости спирали для создания направленного света в полной мере реализованы в зеркальных галогенных лампах, представляющих собой линейную или капсульную галогенную лампу, помещенную в колбу с отражателем. Наибольшее распространение получили лампы в прессованных колбах PAR, хотя встречаются и традиционные варианты (колба типа R).

Первоначально для зеркальных галогенных ламп использовали традиционные для ламп накаливания колбы PAR38, PAR56 и PAR64, однако удачность такого сочетания привела к дополнительной разработке колб PAR30, PAR20 и даже PAR16 (рис. 5).

Галогенные лампы этих серий успешно заменяют лампы накаливания в колбах R95, R63 и R50 с соответствующими резьбовыми цоколями, причем минимальный угол излучения составляет уже не 30, а всего 10°. Существуют и другие, несколько менее распространенные модификации прессованных колб галогенных ламп.

Примечание. Важно обратить внимание на тот факт, что колба PAR30 имеет две модификации, различающиеся общей длиной корпуса (90,5 и 119 мм). В зависимости от типа светильника, они могут оказаться не взаимозаменяемыми и при выборе ламп для замены необходимо учитывать размеры конкретных типов. В настоящее время длина 90,5 мм де-факто является стандартом для колбы PAR30.

Тенденция общей миниатюризации галогенных ламп применительно к зеркальным лампам проявилась в создании миниатюрных моделей диаметром 51 мм со штырьково-поворотным цоколем GU10 и GZ10 (рис. 6).

Рис. 5. Внешний вид зеркальных ГЛН с колбами типа PAR

Рис. 6. Внешний вид ГЛН со штырьковоповоротным цоколем GU10

4. Низковольтные галогенные лампы

Для чего нужен переход к низкому напряжению питания

Переход к низкому (до 24 В) напряжению питания позволяет заметно снизить сопротивление нити накала лампы для достижения той же электрической мощности. Длина нити уменьшается, а значит, она в меньшей степени задерживает собственное излучение. За счет этого эффекта лампы накаливания, рассчитанные на низкие напряжения, имеют более высокую светоотдачу, чем стандартные сетевые аналоги.

Сказанное в полной мере относится и к галогенным лампам. Уже в 1990-х годах появились первые образцы так называемых низковольтных моделей, или галогенных ламп низкого напряжения. Аналогично устроенные лампы выпускались и раньше, однако в основном предназначались для кинопроекции и других специальных применений.

Стандартным низким напряжением для питания галогенных ламп является значение 12 В переменного тока, несколько реже используется постоянный ток и/или номиналы 6 и 24 В. Для получения таких напряжений в обязательном порядке используют специальные трансформаторы (на сленге называемые «галогенными»).

Низковольтные капсульные лампы

Капсульные лампы по размерам не больше обычных ламп для карманных фонарей, но имеют мощность от 5 до 100 Вт. По конструкции они аналогичны капсульным лампам сетевого напряжения, но обычно имеют прямую, а не сложенную вдвое, спираль накала. Лампы этого вида оборудуются штырьковыми цоколями G4 и Gy6.35 (рис. 7).

Рис. 7. Внешний вид капсульных ГЛН: а — с осевым расположением нити накаливания; б — с горизонтальным расположением нити накаливания

Из-за небольшого светового потока основное предназначение ламп мощностью 5 и 10 Вт — декоративное освещение. Они идеально подходят для создания ярких световых точек, например, с целью имитации звездного неба. Наравне с этим, более мощные лампы могут использоваться и в светильниках общего освещения.

Кроме этого, их компактные размеры и высокая яркость спирали позволили создать небольшие прожектора для внутреннего освещения (на профессиональном сленге называемые «слотами» — источниками световых пятен, от слова spotlights.

Мини-прожектор для капсульной лампы традиционно содержит зеркальный отражатель с помещенным в его центр штырьковым патроном. В зависимости от свойств отражателя, для него могут требоваться лампы с осевым либо горизонтальным (рис. 7) расположением спирали.

Внимание. Неправильная замена лампы может заметно нарушить светораспределение такого прожектора.

Технология нанесения на внутреннюю сторону колбы отражающего инфракрасное излучение покрытия, успешно примененная в экономичных моделях линейных ламп сетевого напряжения, применяется и к низковольтным капсульным моделям. Такие лампы имеют повышенную (до 25 лм/Вт) светоотдачу.

Кварцевое стекло, из которого изготовлена колба капсульных ламп, может определять дополнительные требования к обращению с ними и к защите от ультрафиолета. В этом случае в каталоге и на упаковке лампы приводится соответствующая маркировка.

Любая система, включающая отдельные источник света и зеркальный отражатель, требует тщательной фокусировки лампы (помещения ее в точку фокуса отражателя) после ее установки. В противном случае нарушаются угол излучения и светораспределение всей системы.

Вместе с тем, подобная операция достаточно сложна для рядового пользователя, а попытка снабжать лампы фокусирующими цоколями неизбежно подняла бы их стоимость. Решить эту проблему удалось путем разработки зеркальных галогенных ламп, представляющих собой уже собранные на заводе-изготовителе комплекты «лампа-отражатель».

Низковольтные лампы с интерференционными отражателями

Одним из вариантов зеркальных ламп являются лампы с интерференционными отражателями, представляющие собой капсулы низкого

напряжения, помещенные внутрь стеклянных параболических корпусов (рис. 8).

Рис. 8. Внешний вид ГЛН с интерференционными отражателями

Их название происходит от явления интерференции, за счет которого нанесенная на стекло тонкая металлическая пленка отражает лишь излучения определенных длин волн. Толщина пленки подобрана таким образом, чтобы инфракрасное (тепловое) излучение нити накала беспрепятственно проходило сквозь нее наружу, а видимый свет отражался в направлении оси лампы.

Иногда лампы этого типа некорректно называют «дихроичными» (от английского названия dichroic lamps). Сквозь отражатель проходит и некоторое количество видимого света, который приобретает цветные оттенки и выгодно используется в функционально-декоративных светильниках.

Отражатель зеркальных галогенных ламп может быть открыт либо иметь защитное переднее стекло. По международной классификации колба такого типа относится к типу R, однако, традиционно ее обозначают буквами MR (mirror reflector). Эта колба выпускается в двух вариантах, с диаметром отражателя 51 и 35 мм (типы MR16 и MR1I) и типами цоколя GU5.3/GU4, соответственно.

Благодаря тому, что интерференционный отражатель концентрирует лишь свет, но не тепло, излучаемое лампой, модели этой разновидности называют также лампами холодного света. Этот термин, однако, не означает, что лампа совсем не излучает тепла. Тепловое излучение нити накала, по-прежнему составляющее более 90 % мощности лампы, более или менее равномерно рассеивается по всем направлениям вокруг нее.

Светильник и ламповый патрон при этом испытывают повышенную тепловую нагрузку, поэтому возможность применения таких ламп должна оговариваться особо. В каталогах лампы холодного света маркируются специальными символами.

Зеркальная лампа, в отличие от светильника с отражателем, является неразборной конструкцией. Пользователь не способен изменить ее угол излучения, поэтому выпускается большой ассортимент моделей с определенными светораспределениями. Условно все они могут быть разделены на три основные группы:

лампы с узкими (12°) световыми пучками;

лампы со средними (124°) световыми пучками;

лампы с широкими (36–60°) световыми пучками.

Наряду с прямым указанием угла излучения в градусах, в светотехнической практике приняты его более простые, буквенные обозначения:

b>NSP или SSP (narrow spot или super spot — сверхузкий) — менее 8°;

b>SP (spot — узкий) — 12°;

b>FL (flood — средний) — 24–30°;

b>WFL (wideflood — широкий) — 36–38°;

b>VWFL (very wideflood — очень широкий) — 60° и более.

Слово flood указывает на применимость данного светораспределения для заливающего освещения. Лампы со всеми вариантами светораспределения выпускаются мощностью 20, 35, 50 и (реже) 100 Вт.

Правило. Чем уже световой пучок лампы одной и той же мощности, тем выше ее осевая сила света, так как световой поток остается постоянным.

Исходя из этого, узкое светораспределение наиболее подходит для создания небольших ярких пятен света либо подсвета объектов с больших расстояний. Среднее светораспределение пригодно для создания сравнительно крупных световых акцентов, а широкое светораспределение — для общего верхнего освещения.

Переднее стекло ламп с шириной пучка 60° покрыто специальными стеклянными наплывами, за счет чего эти лампы дают практически рассеянный свет без четких границ светового пятна.

Возможность управления световыми свойствами лампы путем изменения толщины интерференционного покрытия (при этом меняется набор отражаемых длин волн) используется в модификациях с повышенной до 4000 К цветовой температурой и цветных моделях. Окрашенный свет может достигаться и за счет использования в лампах передних стекол с фильтрующими свойствами. Как правило, использование двойной колбы и специальных покрытий исключает ультрафиолет из спектра зеркальных ламп. Однако некоторые модели, в первую очередь, без защитного стекла, могут все же давать вредные коротковолновые излучения.

Примечание. Кроме того, эти же модели не защищены от случайного прикосновения рук к внутренней кварцевой капсуле. Для предупреждения о необходимых мерах предосторожности, как и во всех ранее описанных случаях, используется специальная маркировка.

Низковольтные зеркальные лампы с алюминиевыми отражателями

Ненаправленное тепловое излучение ламп холодного света является преимуществом при освещении чувствительных к нагреву материалов и недостатком с точки зрения тяжелого теплового режима светильников. Некоторые типы подвесных потолков не допускают использования этих ламп из-за возможного перегрева запотолочного пространства. Для подобных применений выпускаются зеркальные лампы с алюминиевыми отражателями нескольких разновидностей.

Первая разновидность ламп представляет собой модельный ряд в стандартных колбах MR11/MR16, стеклянные отражатели которых покрыты слоем алюминия вместо интерференционной пленки. Ряд мощностей, группы светораспределения и внешний вид этих ламп не отличаются от ранее описанных моделей с интерференционными отражателями.

Их важным отличием является лишь концентрация тепла вместе со световым пучком, что не позволяет использовать данные лампы для освещения с небольших расстояний чувствительных к нагреву материалов. Видимый свет не проходит сквозь алюминиевый отражатель, поэтому задняя часть этих ламп выглядит абсолютно темной.

Наилучшее применение для них — так называемые «точечные» светильники общего освещения, встроенные в подвесной потолок, иногда неофициально называемые даун-лайтами (от английского термина downlight «светящие вниз»).

Рис. 9. Внешний вид ГЛН серии 111

К лампам второй разновидности относится разработанная в конце 1990-х годов так называемая серия 111. Входящие в нее модели состоят из галогенной капсулы, установленной в открытом металлическом отражателе диаметром 111 мм (рис. 9).

Конструкция такой лампы аналогична устройству некоторых автомобильных фар, прямой свет лампы в которых устраняется затеняющей металлической крышкой.

Зеркальные лампы диаметром 111 мм выпускаются мощностью 35, 50, 75 и 100 Вт и предназначены для установки в основном в открытые светильники, ведь их ультрафиолетовое излучение незначительно.

Подчеркнуто функциональный и вместе с тем эстетичный внешний вид является преимуществом для их использования в стилизованных под «высокие технологии» (hi-tech) декоративно-функциональных светильниках. Для улучшения внешнего вида и лучшего сочетания с хромированными элементами светильников корпус этих ламп имеет полированную блестящую окантовку.

Третья, менее распространенная группа ламп с алюминиевыми отражателями, состоит из моделей с цоколем BISd (ВA 15d). Модели этой группы выпускаются лишь некоторыми изготовителями и не стандартизованы. Их применение возможно в специально рассчитанных на конкретный тип лампы светильниках.

В завершение данного раздела стоит напомнить о том, что здесь были рассмотрены лишь наиболее распространенные и выпускаемые многими фирмами виды галогенных ламп. Помимо них, существует огромный ассортимент моделей, специфичных по отношению к производителям, а также предназначенных для специального использования (например, для кинофотоаппаратуры, оптических приборов, установок инфракрасного обогрева и т. д.).


5. Трансформаторы и электроника для галогенных ламп

Особености включения низковольтных галогенных ламп

Внимание. Галогенные лампы низкого напряжения (6/12 В) должны включаться только в схемы с соответствующими трансформаторами. Последовательное включение и другие варианты не допускаются!!!

Традиционные (электромагнитные) трансформаторы предельно просты в устройстве и конструкции. Они ничем не отличаются от принятых в радиоэлектронной практике аналогов. Трансформаторы могут быть как Ш-образные, так и тороидальные.

Рис. 10. Внешний вид Ш-образного трансформатора

Из-за больших рабочих токов ламп сечение провода вторичной обмотки достигает 4 мм2. В корпусе обычно предусмотрены и предохранители различных типов, о чем пользователя информирует соответствующая маркировка.

В отличие от пускорегулирующих аппаратов, типы которых должны строго соответствовать типам подключаемых ламп, принцип подключения галогенных ламп намного проще.

Рис. 11. Внешний вид тороидального трансформатора

Правило. Обязательное условие состоит лишь в том, чтобы суммарная мощность всех ламп не превышала номинальноймощноститрансформатора. Например, к трансформатору мощностью 60 Вт можно подключить 12 ламп по 5 Вт, 6 ламп по 10 Вт, 3 лампы по 20 Вт или по одной лампе 35 или 50 Вт.

Примечание. Традиционные трансформаторы могут подключаться к сети через светорегуляторы для стандартных ламп накаливания. Исключение составляют варианты схем, в которых осуществляется выпрямление тока, так как для них первичная обмотка трансформатора фактически представляет собой короткое замыкание.

Преимущества электронных трансформаторов

Существенным недостатком электромагнитных трансформаторов является их большая масса, которая примерно пропорциональна их мощности. Например, трансформатор мощностью 300 Вт может весить до 10 кг! При большом количестве галогенных ламп общий вес такого оборудования может превысить все разумные пределы.

Проблема больших размеров и веса решена в так называемых электронных трансформаторах. которые по более строгой классификации являются электронными блоками питания. Эти устройства содержат преобразователь, увеличивающий частоту питающего напряжения до 30000–10000 Гц, за счет чего размер трансформатора как такового может быть существенно уменьшен.

Важно заметить, что сечение провода вторичной обмотки и в этом случае должно быть велико. Преобразователь и соответствующий ему малогабаритный трансформатор (диаметром не более 20 мм) помещаются в общий, обычно пластмассовый, корпус (рис. 12, рис. 13).

Масса электронных трансформаторов невелика, а их размер незначительно увеличивается с увеличением мощности. Кроме этого, они выделяют намного меньше тепла и не издают звука при работе. Благодаря этим особенностям, они являются единственно целесообразным вариантом для включения ламп общей мощностью 100 Вт и более. В настоящее время разработаны модели мощностью до 1500 Вт.

Один из вариантов электронного трансформатора, реализованного на специализированной микросхеме IR2161, показан на рис. 14 (без пластикового корпуса). Принципиальная электрическая схема этого устройства показана на рис. 15. Номиналы и тип используемых элементов приведены в табл. 1.

Рис. 12. Внешний вид электронного трансформатора прямоугольной формы для питания ГЛН

Рис. 13. Внешний вид электронного трансформатора округлой формы для питания ГЛН

Рис. 14. Внешний вид электронного трансформатора на IR2161

Рис. 15. Принципиальная схема электронного трансформатора на ИМС IR2161

Таблица 1 Номиналы и типы используемых в схеме (рис. 15) элементов


№ п/п

Обозначение на схеме

Тип элемента

Параметры, номинал

Название элемента

Кол-во

1

C1, C2

Конденсатор

100 нФ, 400 В

2222 383 00104

2

2

CLF

Конденсатор

100 нФ, 275 В, X2

2222 3326104

1

3

C3, C4

Конденсатор

1,5 нФ, 400 В

ECK-D3D152KBP

2

4

CF

Конденсатор

1 нФ, 50 В

K102J15C0GF5TH5

1

5

CVCC2,CSD,CB

Конденсатор

100 нФ, 25 В

C317C104M5U5CA

3

6

CD

Конденсатор

330 нФ, 400 В

ECQ-E4334KF

1

7

CVCC1

Конденсатор

22 мкФ, 50 В, Radial

T350F226K016AS

1

8

CSNUB

Конденсатор

150 пФ, 500 В, Ceramic

D151K20Y5PL63L6

1

9

D1—D4, DS

Диод

1000 В, 1 A

1N4007-T

5

10

DB

Диод

600 В, 1 A

1N4937-T

1

11

D5, D6

Диод

600 В, 1 A

1N4937-T

-

12

DCP1, DCP2

Диод

75 В, 500 мВт

!N4148-T

2

13

DZ

Стабилитрон

16 В, 1 Вт

1N4745A-T

2

14

LF

Дроссель

Vertical E20 Iron powder

094094912000

1

15

T1

Трансформатор

78T, 8T, 12 В out 190, 763

190190763000

1

16

R1, R2

Резистор

470 кОм, 1 Вт

5073NW470K0J12AFX

2

17

RS

Резистор

220 кОм, 1 Вт

5073NW220K0J12AFX

1

18

RD

Резистор

270 Ом, 3 Вт

2322 329 03271BC

1

19

RB1, RB2

Резистор

22 Ом, 1206, SMD

ERJ-8GEYJ220V

2

19

RCS

Резистор

0,33 Ом, 0,5 Вт

ALSR1F-.33R-ND

1

20

RF

Резистор

1 кОм, 1 Вт

5073NW1K000J12AFX

1

21

In Socket

IC

Controller

IR2161

1

22

IC1

IC Socket

8 Pin DIP

2-641260-1

1

23

Q1, Q2

Транзистор полевой FETs

400 В

IRF740

2

24

P1

Разъем

5 Way

236-105

1

25

P2

Разъем

6 Way

236-106

1

Расчет электронного трансформатора под различные мощности

Примечание. Расчитать электронный трансформатор под различные мощности можно с помощью уже известной нам программы автоматического проектирования Ballast Designer.

В некоторых случаях, когда электронный трансформатор удален (более 1 м) от ГЛН, а мощность лампы (или группы ламп) значительна, могут возникнуть радиопомехи, затрудняющие прием телерадиоканалам или мешающие ИК и радио пультам управления. В этой ситуации применяют электронные трансформаторы (блоки питания ГЛН) с выпрямленным и сглаженным напряжением (постоянное напряжение с малыми пульсациями).

Такие блоки питания можно реализовать, например, на известной микросхеме VIPER100-E фирмы STMicroelectronics.

Примечание. Автоматически спроектировать блок питания можно с помощью специальной программы VIPer Design Software v2.24.

На данный момент широко используются для подобных блоков питания микросхемы фирмы Power Integrations, Incсерии TOPSwitch и TOPSwitch®-GX: TOP227y. TOP250y, TOP246R, TOP249y.

Блок питания на микросхеме TDA4605

На рис. 16 показана схема БП, реализованная на доступной микросхеме TDA4605. Данная микросхема имеет отечественные аналоги К1033ЕУ5, КР1087ЕУ1.

Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш16´20 из феррита 2500НМС1. Величина немагнитного зазора 0,12 мм (с учетом двойного зазора, т. е. две прокладки по 0,12 мм). Число витков первичной обмотки W1= 64, диаметр провода 0,25 мм. Число витков вторичной обмотки W2 =3, диаметр провода (пучек из пяти жил 0,6 мм). Число витков обмотки обратной связи W3 =3, диаметр провода 0,25 мм.

Примечание. Большинство электронныхтрансформаторов имеют ограничения не только на максимальную, но и на минимальную суммарную мощность подключенных ламп. Это связано с особенностями работы внутренних преобразователей. Диапазон допустимых мощностей указывается в каталоге и на корпусе устройства, например, 35–105 Вт. Данное ограничение, тем не менее, не означает опасности выхода трансформатора из строя при отсутствии нагрузки (например, при перегорании всех ламп). Из него следует лишь то, что нормальная работа ламп мощностью менее допустимой не гарантируется.

Для удобства подключения ламп электронные трансформаторы обычно имеют несколько пар выходных зажимов.

Рис. 16. Принципиальная схема на БП для ГЛН на TDA4605

Регулирование мощности ламп, в зависимости от конкретной схемной реализации, осуществляется одним из двух способов:

включением трансформатора с традиционным светорегулятором;

путем подачи на его отдельный управляющий вход специального сигнала (как в случае с регулируемыми электронными балластами).

Данная возможность может и не предусматриваться совсем. При подключении электронного трансформатора к светорегулятору традиционной конструкции важно убедиться, что последний допускает работу с нагрузками емкостного характера. Подобные сведения содержатся в документации на светорегулятор.

Примечание. Следует отметить, что вторичное напряжение на их обмотках намеренно несколько снижено по сравнению с номинальным, и обычно составляет 11,2–11,6 В. Такой прием несколько снижает световой поток и светоотдачу ламп, однако продлевает их срок службы.


6. Продление срока службы и регулировка яркости свечения

А для продления срока службы высоковольтных ГЛН, питающихся непосредственно от сети 220 В, поможет простое устройство на специализированной микросхеме фазового регулятора К1182ПМ1Р (КР1182ПМ1).

Дело в том, что в холодном состоянии сопротивление спирали лампы в 10 раз меньше, чем в разогретом. Поэтому пусковой ток ГЛН мощностью, например, 100 Вт может достигать 7 А. После разогрева спирали, который происходит за несколько полупериодов сетевого напряжения, ток уменьшается до рабочего.

Примечание. Именно этот момент пуска является порой губительным для лампочки. Со временем спираль лампы изнашивается, утончается, приобретает неоднородности в своей структуре. Спираль становится более чувствительной к подобным перегрузкам при включении, соответственно, увеличивается вероятность ее перегорания.

совет.

Облегчить условия пуска холодной спирали ГЛН и тем самым снизить вероятность ее перегорания можно. Для этого надо подавать напряжение питания на лампу не с полной, а с постепенно увеличивающейся амплитудой.

В результате к моменту подачи полной амплитуды спираль лампы успеет полностью разогреться и перейти в нормальный режим работы.

Микросхема фазового регулятора К1182ПМ1Р (КР1182ПМ1) предназначена для плавного включения/выключения ламп накаливания или для регулировки яркости их свечения. Максимальная рабочая мощность — 150 Вт. Значительно увеличить мощность подключаемой нагрузки можно, применив внешний симистор. ИМС выполнена в стандартном корпусе DIP 16.

Внешний вид устройства показан на рис. 17.

ИМС К1182ПМ1Р (рис. 18, рис. 19) позволяет путем постепенного увеличения фазового угла включения увеличивать подаваемое на лампу напряжение. При этом спираль успевает разогреться до максимальной температуры к моменту подачи полного напряжения. В результате снижается вероятность выхода спирали лампы из строя.

Рис. 17. Внешний вид устройства плавного зажигания ГЛН

Выводы 3 и 6 ИМС DA1 предназначены для подключения цепи управления (С3=100 мкФ 16 В, R1=3,1 кОм, SW1) фазовым регулятором. С1 = С2 =

= 1 мкФ 10 В. Время плавного включения лампы зависит от емкости конденсатора С3, а время плавного выключения — от сопротивления резистора R1. Номиналы этих элементов можно выбрать самостоятельно. С номиналами, приведенными на схеме, время включения и выключения составляет примерно 1 с.

Рис. 18. Типовая схема включения

Рис. 19. Принципиальные схемы устройств регулировки яркости

Галогенные лампы - Как они работают и история

The Галогенная лампа

Яркий и Compact
История
(1953 - сегодня)

Введение:
Галогенная лампа также известна как кварцево-галогенная и вольфрамогалогенная. фонарь.Это усовершенствованная форма лампы накаливания. фонарь. Нить накала состоит из пластичного вольфрама и расположена в газовая колба, как и стандартная вольфрамовая колба, однако газовая в галогенной лампочке находится при более высоком давлении (7-8 атм). Стеклянная колба изготавливается из плавленого кварца, высококремнеземного стекла или алюмосиликата. Этот колба прочнее стандартного стекла, чтобы выдерживать высокое давление. Эта лампа является отраслевым стандартом для рабочего освещения и кино / телевидения. освещение за счет компактных размеров и большого светового потока.Галогенная лампа медленно заменяется белой светодиодной лампой, миниатюрной HID и люминесцентные лампы. Галогены повышенной эффективности с яркостью 30+ люмен за ватт может изменить снижение продаж в будущем.

Все кредиты и источники расположены внизу каждой страницы освещения

Преимущества / недостатки:

Преимущества:
-Галоген Лампы маленькие, легкие
-Низкая стоимость производства
-Не используются ртутные люминесцентные лампы (люминесцентные) или ртутные лампы.
-Лучшая цветовая температура, чем у стандартного вольфрама (2800-3400 Кельвинов), он ближе к солнечному свету, чем более «оранжевый» стандартный вольфрам.
- Более длительный срок службы, чем у обычных ламп накаливания
- Мгновенное включение на полную яркость, отсутствие времени на прогрев, регулировка яркости

Недостатки:
- Чрезвычайно горячий (легко может вызвать сильные ожоги. при прикосновении к лампе).
- Лампа чувствительна к маслам, оставленным на коже человека при прикосновении колба голыми руками оставшееся масло нагреется один раз лампа активирована, это масло может вызвать дисбаланс и привести к разрыв луковицы.
-Взрыв, колба способна выдувать и отправлять горячие осколки стекла наружу. Экран или слой стекла на внешней стороне лампы могут защитить пользователей.
-Не такой эффективный, как лампы HID (металлогалогенные и лампы HPS)

Видео . 6 мин. (YouTube не должен быть заблокирован на вашем сервере и требуются плагины для прошивки)

Статистика
* Люмен на ватт: 10-35
* Срок службы лампы: 1700-2500 часов
* CRI 100 (максимально возможное)
* Цветовая температура: 2800 - 3400 K
* Время нагрева: мгновенно

Обычный использует: 8 мм проекторы (первое использование в 1960 г.)
Переносные рабочие фары
Освещение для кино и телевидения
Внутреннее освещение для дома (меньшая мощность)
Наружное освещение для дома и коммерческих помещений (большая мощность)
Автомобильные фары


1.Как это работает

Галогенная лампа имеет вольфрам нить накаливания аналогична стандартной лампе накаливания, однако лампа намного меньше при той же мощности и содержит галоген в лампочка. Галоген важен тем, что останавливает почернение и замедляет истончение вольфрамовой нити. Это продлевает жизнь лампы и позволяет вольфраму безопасно нагреваться до более высоких температур (поэтому делает больше света).Лампа должна стоять выше температуры, поэтому плавленый кварц часто используется вместо обычного кремнезема стакан.

А галоген - одновалентный элемент который легко образует отрицательные ионы. Есть 5 галогенов: фтор, хлор, бром, йод и астат. В галогенных вольфрамовых лампах используются только йод и бром.

A.) Лампа включается, и нить накала начинает светиться красным по мере увеличения через него проходит ток.Температура быстро повышается. Галогены закипеть до газа при относительно низких температурах: йод (184 ° C) или бром (59 С).

Б.) Обычно Атомы вольфрама испаряются с нити накала и осаждаются внутри лампы, это затемняет обычные лампы накаливания. Когда атомы уходят нить накала становится тоньше. В конце концов нить рвется (обычно на концах нити).В галогенной вольфрамовой лампе Атомы вольфрама химически объединяются с молекулами галогенового газа и когда галоген остывает, вольфрам снова осаждается на нити. Этот процесс называется галогенным циклом.

2. Варианты и способы применения


Двойной галогенная лампа с цоколем (400 Вт)

Галогенная лампа поставляется в двух основных конфигурациях: односторонний и двусторонний.Наиболее распространены галогенные лампы с двойным цоколем. лампы большей мощности и используются для рабочего освещения, двора светильники и лампы для кинопроизводства. Галогенная лампа i

Галогенная - Poshmark

списки люди

объявлениячеловек

Вход | Регистрация
ПОШ-РЫНКИ

Все

  • Все
  • женщины
  • Мужчины
  • Дети
  • Главная
  • Люкс
  • Красота и здоровье
  • Большие размеры
  • Бутики
  • Оптовые продажи
  • женщины
  • Мужчины
  • Дети
  • Главная
  • Красота и здоровье
  • Бренды
  • Стороны
  • Как это работает
  • Продать на Poshmark
  • Аксессуары
  • Ремни
  • Маски для лица
  • Очки
  • Перчатки и варежки
  • Аксессуары для волос
  • Шляпы
  • Чулочно-носочные изделия и носки
  • Держатели ключей и карт
  • Чехлы для телефонов
  • Шарфы и накидки
  • Солнцезащитные Очки
  • Часы
  • Купить все женские аксессуары
  • Сумки
  • Детские сумки
  • Рюкзаки
  • Клатчи и браслеты
  • Косметички и чемоданы
  • Сумки через плечо
  • Бродяги
  • Сумки для ноутбуков
  • Рюкзаки
  • Наплечные сумки
  • Сумки
  • Кошельки
  • Купить все женские сумки
  • Одежда
  • Платья
  • Нижнее белье и одежда для сна
  • Куртки и пальто
  • Джинсы
  • Брюки и комбинезоны
  • Шорты
  • Юбки
  • Свитера
  • Плавать
  • Топы
  • Магазин всей женской одежды
  • ювелирные украшения
  • Браслеты
  • Броши
  • Серьги
  • Ожерелья
  • Кольца
  • Все украшения
  • Составить
  • Румянец
  • Бронзер и Контур
  • Кисти и инструменты
  • Тональный крем
  • карандаш для глаз
  • Тени для глаз
  • Установка порошка и спрея
  • Фонд
  • Бальзам для губ и блеск
  • Помада
  • Тушь
  • Купить все для макияжа
  • обувь
  • Ботильоны и пинетки
  • Спортивная обувь
  • Эспадрильи
  • Квартиры и лоферы
  • Каблуки
  • Сапоги выше колена
  • Платформы
  • Сандалии
  • Кроссовки
  • Клинья
  • Зимние и дождевые сапоги
  • Купить всю женскую обувь
  • Популярные стили
  • Платья Topshop
  • Наборы для контуринга
  • Colourpop Тени для век
  • Помада Шанель
  • Гламурный Макияж
  • Яркие красные губы
  • Нарс Румяна
  • Чистая красота
  • Макияж Fenty Beauty
  • Магазин Все выставочные залы
  • Аксессуары
  • Ремни
  • Запонки
  • Маски для лица
  • Шляпы
  • ювелирные украшения
  • Держатели ключей и карт
  • Зажимы для денег
  • Чехлы для телефонов
  • Шарфы
  • Солнцезащитные Очки
  • Галстуки
  • Часы
  • Купить все мужские аксессуары
  • Сумки
  • Рюкзаки
  • Портфели
  • Спортивные сумки
  • Сумки для ноутбуков
  • Багаж и дорожные сумки
  • Сумки-мессенджеры
  • Кошельки
  • Купить все мужские сумки
  • Одежда
  • Куртки и пальто
  • Джинсы
  • Штаны
  • Рубашки
  • Шорты
  • Костюмы и блейзеры
  • Свитера
  • Плавать
  • Нижнее белье и носки
  • Купить всю мужскую одежду
  • обувь
  • Спортивная обувь
  • Ботинки для лодок
  • Сапоги
  • Чукка Сапоги
  • Лоферы и слипы
  • Оксфорды и дерби
  • Сапоги от дождя и снега
  • Сандалии и шлепанцы
  • Кроссовки
  • Купить всю мужскую обувь
  • Популярные стили
  • Мужские пончо и пуловеры НФЛ
  • Мужские куртки НФЛ
  • Мужские рубашки и свитера из бедных семей
  • Мужские свитера Champion
  • Свитера мужские Patagonia
  • Мужские куртки и свитера на молнии
  • Мужские свитера Nike с круглым вырезом
  • Мужские кардиганы
  • Свитера мужские Saint Laurent
  • Магазин Все выставочные залы
  • Аксессуары
  • Сумки
  • Ремни
  • Нагрудники
  • Чехлы на подгузники
  • Маски для лица
  • Аксессуары для волос
  • Шляпы
  • ювелирные украшения
  • Рукавицы
  • Носки и колготки
  • Солнцезащитные Очки
  • Галстуки
  • Купить все детские аксессуары
  • Одежда
  • Аксессуары
  • Низ
  • Костюмы
  • Платья
  • Куртки и пальто
  • Соответствующие наборы
  • One Pieces
  • Пижамы
  • Рубашки и Топы
  • Плавать
  • Магазин всей детской одежды
  • обувь
  • Ходунки
  • Сапоги
  • Модельные туфли
  • Мокасины
  • Сапоги от дождя и снега
  • Сандалии и шлепанцы
  • Тапки
  • Кроссовки
  • Водная обувь
  • Магазин Вся детская обувь
  • Игрушки
  • Фигурки и игровые наборы
  • Строительные наборы и блоки
  • Автомобили и Транспорт
  • Куклы и аксессуары
  • Обучающие игрушки
  • Пазлы и игры
  • Мягкие игрушки
  • Торговые карты
  • Магазин Все детские игрушки
  • Популярные стили
  • Детские книги
  • Новые детские игрушки Und

Что такое галогенная лампа? (с иллюстрациями)

Галогенная лампа - это лампа накаливания, выпущенная в 1958 году.Галогенная лампа способна гореть намного ярче, чем обычные лампочки, и является популярным выбором для фар и других приложений, для которых требуется очень яркий свет. Помимо более яркого горения, галогенные лампы также более эффективны и имеют более продолжительный срок службы, чем обычные лампочки.

Галогенные лампы появляются во все большем количестве стилей и размеров.

Галогенная лампа накаливания имеет конструкцию, очень похожую на конструкцию обычных лампочек, состоящую из вольфрамовой нити, заключенной в другой материал. В галогенной лампе вместо стекла используется кварц, что позволяет сделать лампу намного меньше, потому что кварц может выдерживать более высокие температуры, чем стекло, и поэтому может располагаться намного ближе к нити накала. Кроме того, в галогенных лампах используются галогенные газы вместо аргона или азота - двух газов, обычно используемых в обычных лампах.

В галогенных лампах вместо стекла используется кварц, потому что кварц может выдерживать более высокие температуры.

Лампочка работает, подавая электричество на вольфрамовую нить накаливания, которая нагревается и гасит свет.Однако, когда нить нагревается, она также начинает разрушать вольфрам, который начинает накапливаться внутри колбы, часто оставляя темные отложения. В конечном итоге нить накала сломается в слабом месте, в результате чего лампочка перегорит.

Конструкция галогенной лампы обладает одним очень интересным свойством: газообразный галоген может соединяться с парами вольфрама и повторно осаждаться на нити накала лампы, тем самым рециркулируя энергию и продлевая срок службы лампы.Тепло, которое выделяют галогенные лампы, используется в химической реакции между вольфрамом и газами галогена, и это значительно увеличивает эффективность лампы. Галогенная лампа выдерживает больше тепла, чем обычная лампочка, что обеспечивает более яркий свет и большую способность к переработке.

При использовании галогенных ламп

следует соблюдать некоторые меры предосторожности.Как и обычные лампочки, галогенные лампы нагреваются. Однако из-за того, что кварцевая оболочка находится так близко к нити накала, галогенные лампы накаливания становятся намного горячее, чем обычные лампы, и могут вызвать ожоги, если с ними обращаться. Галогенная лампа также может стать причиной пожара, если ее использовать рядом с драпировкой или другими легковоспламеняющимися предметами. Кроме того, при обращении с галогенной лампочкой голыми руками кварц подвергается воздействию солей и масел в руках и может вызвать слабое место. Это сократит срок службы лампы, поэтому рекомендуется обращаться с галогеновыми лампами в перчатках или тканью, чтобы предотвратить ненужный контакт, и протирать их, если брать с собой руки.

Безгалогенная электроника | Центр усовершенствованной инженерии жизненного цикла

Галогены - это элементы группы VII, включая фтор, хлор, бром, йод и астат. Их можно использовать в антипиренах для электронных продуктов, чтобы соответствовать стандартам воспламеняемости. Преимущества галогенированных антипиренов обусловлены высокой огнестойкостью, простотой смешивания, хорошей совместимостью с электронными материалами, хорошей электроизоляцией и стоимостью.Однако большинство соединений, содержащих бром и хлор, разрушают эндокринную систему и, как правило, являются стойкими, биоаккумулируемыми и токсичными. Более того, при сжигании электронных устройств галогены могут быть чрезвычайно токсичными для окружающей среды, животных и людей. С начала 1990-х годов электронная промышленность столкнулась с давлением множества источников с целью производства более «зеленых» или экологически чистых продуктов. К этим источникам давления относятся проблемы со здоровьем и окружающей средой, проблемы с переработкой и восстановлением, глобальные законы и правила, склонность потребителей и давление со стороны неправительственных организаций (НПО).В последние годы было предложено множество видов антипиренов, не содержащих галогенов, каждый из которых имеет преимущества и недостатки по сравнению с галогенированными антипиренами. К сожалению, было обнаружено, что замена материалов, не содержащих галогены, приводит к ухудшению электрических и механических характеристик, а также к снижению надежности. В результате безгалогены не являются незаменимой заменой, и компании, предлагающие продукты и системы, должны понимать свои ограничения. Наконец, при переходе на безгалогены также следует учитывать дополнительные проблемы, связанные с перспективами производства и цепочки поставок.

Галогены - это элементы группы VII, включая фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астат (At), как показано на следующем рисунке. Название галоген произошло от греческих корней hal- («соль») и -gen («производить»). Все они производят соли натрия с аналогичными свойствами. Галогены легко диссоциируют на ионы и соединяются с окружающими элементами, образуя соединения из-за их высокого уровня электроотрицательности. Бром и соединения хлора широко используются в качестве антипиренов в электронной промышленности из-за следующих преимуществ: высокая огнестойкость, простота смешивания, хорошая совместимость с электронными материалами, хорошая электрическая изоляция и стоимость.

Галогены в Периодической таблице элементов [1]

Электронные изделия могут манипулировать электрическим током и преобразовывать его в тепло, свет или движение для выполнения значимых действий. Например, аудиоэлектронные устройства управляют электрическим током, добавляя звуковую информацию, чтобы люди могли слушать музыку или разговаривать по мобильному телефону. Электронные изделия состоят из множества материалов, включая керамику, стекло, сплавы и полимеры.Из-за горючести полимеров в полимеры добавляются антипирены, такие как герметики и ламинаты, из соображений пожарной безопасности. Цель состоит в том, чтобы задержать или потушить возгорание из-за непредвиденных ситуаций. Например, короткое замыкание может привести к сильному току и созданию условий высокой температуры.

Экологическая инженерия требует учета окружающей среды на этапе проектирования продукта. Это соображение включает все требования к материалам и энергии, а также их влияние на срок службы продукта.Требования к материалам включают требования как к продукции, так и к процессам. Акцент на энергии должен включать энергию для производства, использования и утилизации продукта. Экологичный дизайн и производство приводят к пониманию взаимодействия между процессами и потоками и оптимизации различных соображений. Зеленая электроника - это применение экологически безопасных методов проектирования и производства электронных продуктов. К экологически чистым электронным изделиям относятся изделия, изготовленные из переработанных и перерабатываемых материалов с использованием энергоэффективных процессов.Экологически чистые электронные продукты не становятся частью потока твердых отходов, а их производственные процессы не приводят к выбросам жидких и газообразных веществ в окружающую среду.

Производители добавляют в свои материалы огнестойкие (FR) химические вещества во время или после производства, чтобы замедлить или подавить горение. FR мешают горению на различных стадиях процесса, например, во время нагрева, разложения, воспламенения или распространения пламени. Одна из целей - предотвратить распространение огня или отсрочить время перекрытия.Исследования показывают, что использование FR в производстве электронного оборудования, мягкой мебели, строительных материалов и текстиля спасает жизни от пожара [2].

Существуют различные виды FR, такие как галогенированные, хлорированные, фосфорные, азотные и неорганические. Различные типы FR лучше подходят для разных приложений. Их пригодность зависит от совместимости с огнестойким материалом, стандартов пожарной безопасности, которым должен соответствовать продукт, надежности и стоимости.

Галогены - это химические элементы фтор, хлор, бром, йод и астат. На практике производители не используют фтор и йод, потому что ни один из них не оказывает существенного влияния на процесс горения: фтор имеет слишком сильную связь, а йод слишком слабую связь с углеродом. В пластмассах бромированные антипирены (BFR) оказались наиболее эффективными антипиренами, если принять во внимание как характеристики, так и стоимость.

Бром в своей элементарной форме представляет собой легколетучую жидкость красно-коричневого цвета при комнатной температуре.Однако в природе бром никогда не встречается в своей элементарной форме, а только в соединениях с другими веществами, известными как бромиды. Извлекаемая форма брома - это растворимые соли, обнаруженные в морской воде, соленых озерах, внутренних морях и скважинах с рассолом. Именно эти бромиды становятся сырьем для производства товарных бромированных продуктов. Производство брома превышает 470 000 тонн в год [2].

Галогенированные FR состоят в основном из хлора и брома. Благодаря уникальному химическому взаимодействию BFR с процессом горения бром более эффективен, чем большинство альтернатив, а это означает, что гораздо меньшее количество антипирена обеспечивает наивысшую огнестойкость.В результате BFR использовались для защиты широкого спектра продуктов, включая электрические и электронные компоненты и продукты, такие как телевизоры, компьютеры, радио и стереосистемы. В 1998 году на долю BFR (39 процентов) и хлорированных антипиренов приходилось 45 процентов мирового рынка антипиренов [2]. На электрические и электронные компоненты приходилось 56 процентов рынка BFR.

Существуют различные типы BFR [3], такие как PBB (полибромированные бифенилы), PBDE (полибромированные дифениловые эфиры), TBBPA (тетрабромбисфенол - A) и ГБЦД (гексабромциклододекан).Каждый из этих BFR имеет очень разные свойства. Интересно, что Ассоциация по соединению электронной промышленности (IPC) «признает термин« без галогенов »только как маркетинговый термин и не поддерживает его в качестве отраслевого стандарта для материалов и конечных продуктов, содержащих какой-либо уровень галогенированных антипиренов» [4].

Однако большинство соединений, содержащих бром и хлор, разрушают эндокринную систему и, как правило, являются стойкими, биоаккумулируемыми и токсичными.Неконтролируемая переработка может привести к утечке этих галогенированных соединений в окружающую среду и их вовлечению в пищевую цепочку. Кроме того, неконтролируемое сжигание галогенированных электронных продуктов может выделять токсичные и коррозионные газы для воздействия на окружающую среду, животных и людей. С 1990-х годов электронная промышленность столкнулась с давлением множества источников с целью производства более экологически чистых продуктов. К этим источникам давления относятся проблемы со здоровьем и окружающей средой, проблемы с переработкой и восстановлением, глобальные законы и правила, склонность потребителей и давление со стороны неправительственных организаций (НПО).Регламент RoHS (ограничение использования опасных веществ) Европейского Союза (ЕС) вступил в силу с 2006 года, включая такие вещества, как свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромированные дифенилы (ПБД) и полибромированные дифениловые эфиры. (ПБДЭ) ограничены. ПБД и ПБДЭ представляют собой группы бромированных соединений и являются распространенными антипиренами в электронной промышленности. Ограничения на эти антипирены вынудили производителей и поставщиков электронных компонентов и печатных плат (ПП) искать и разрабатывать альтернативные безгалогенные материалы.В последнее время движущей силой создания безгалогенной электроники стали компании бытовой электроники, которые из соображений экологической ответственности обязались предлагать больше экологически чистых продуктов. Промышленный стандарт для материалов, не содержащих галогены, определяется как содержание хлора или брома менее 900 частей на миллион и менее 1500 частей на миллион общих галогенов (Международная электрохимическая комиссия, Ограничение использования галогена (IEC 61249-2-21)) [5]. JPCA ES-01-1999 (Японская ассоциация печатных схем) определяет без галогенов максимальную концентрацию брома, хлора или сурьмы 900 ppm [6].

В последние годы было проведено множество исследований антипиренов, не содержащих галогенов. Результаты показали, что у безгалогенных антипиренов есть как преимущества, так и недостатки по сравнению с галогенированными антипиренами. Например, в исследованиях iNEMI [7] сравнивались свойства материала шести коммерчески доступных безгалогенных ламинатов с тремя бромированными ламинатами FR4 в качестве базовых. Результаты показали, что средний внеплоскостной коэффициент теплового расширения (КТР) ламинатов, не содержащих галогены, был на 10% ниже, чем в среднем для их галогенированных аналогов.Вообще говоря, более низкий КТР вне плоскости имеет тенденцию демонстрировать более длинную надежность покрытия сквозных отверстий (PTH). Однако исследования [7] также показали, что безгалогенные ламинаты поглощают на 30% больше влаги, чем их галогенированные аналоги. Более высокое влагопоглощение может вызвать неблагоприятное воздействие на электронные изделия, например образование попкорна и токопроводящей анодной нити (CAF). Более того, было обнаружено, что безгалогенные антипирены демонстрируют ухудшенные электрические и термомеханические характеристики, а также пониженную надежность.

Требования по воспламеняемости электрических и электронных изделий

Существует потенциальный риск возгорания электрических и электронных устройств из-за короткого замыкания, которое может вызвать чрезмерный ток в соединении с низким сопротивлением и вызвать экстремальные температурные условия. Таким образом, электрические и электронные продукты должны обладать способностью замедлять возгорание и соответствовать отраслевым стандартам воспламеняемости в целях безопасности. В электронные изделия добавляют антипирены, чтобы снизить риск возгорания, поскольку они могут остановить или замедлить распространение огня за счет увеличения порога возгорания.Underwriters Laboratories (UL) 94 - это общепринятый стандарт оценки воспламеняемости пластиковых материалов, используемых в устройствах и бытовой технике. UL 94 определяет испытания на воспламеняемость и присваивает рейтинги на основе результатов. Эти результаты могут служить предварительным указанием для производителей деталей при выборе правильных материалов с соответствующей огнестойкостью. В следующей таблице [8] перечислены требования к рейтингам UL 94 V-0, V-1 и V-2. V-0 строже, чем V-1, а V-1 строже, чем V-2. В испытании UL 94 высокий рейтинг V-0 означает, что кусок пластикового материала будет демонстрировать медленное распространение пламени и быстрое прекращение горения после устранения воспламеняющего пламени.Напротив, образец быстро воспламенился бы и продолжал гореть, если бы образец не достиг рейтинга V-0.

Класс воспламеняемости UL 94

В-0

В-1

В-2

Время горения после подачи пламени (с)

≤ 10

≤ 30

≤ 30

Общее время горения (с) (10 применений пламени)

≤ 50

≤ 250

≤ 250

Время горения и послесвечения образцов после второго воздействия пламени (с)

≤ 30

≤ 60

≤ 60

Капание горящих образцов (возгорание ватина)

Есть

Образцы полностью сгорели

Проблемы здоровья и окружающей среды

BFR, и особенно полибромированные дифенилы (PBB) и полибромированные дифениловые эфиры (PBDE), содержат одно или несколько углеродных колец, что делает их очень стабильными.Химическая стабильность этих веществ - основная причина, по которой BFR были в центре международных экологических дебатов [38]; они накапливаются в пищевой цепи, и невозможно избежать распространения в окружающую среду, применяя меры по очистке исключительно в точечных источниках, таких как сточные воды или выбросы в атмосферу [39,40]. Таким образом, загрязнение возникает как диффузное загрязнение, так и загрязнение из точечных источников из мест, где обрабатываются продукты. Несколько исследований также предполагают возможное распространение BFR в морской среде, а также в воздухе в результате испарения [41, 42, 43].

Исследования показали, что уровни ПБДЭ повышаются в морской среде [44], а также в грудном молоке, жировой ткани и крови [45], что вызывает обеспокоенность из-за структурного сходства ПБДЭ с гормонами щитовидной железы [46]. Отчеты об исследованиях содержания ПБДЭ в сале кашалота предполагают, что эти вещества проникли в пищевую цепь в открытом море вдали от первичного источника [38]. Измерения на тюленях из Северного и Балтийского морей показывают, что прибрежная фауна также подвержена значительному воздействию ПБДЭ.ПБДЭ также был обнаружен в рыбе из Балтийского моря. Измерения птиц, тюленей и китов из Арктики и Фарерских островов также показывают, что бромированные антипирены далеко распространились в окружающей среде [47]. Финское исследование показывает, что концентрация увеличивается с возрастом, что соответствует свойствам веществ [48].

Большинство бромированных антипиренов обладают низкой острой токсичностью. Тем не менее, в экспериментах на животных было показано, что некоторые ПБДЭ в низких концентрациях оказывают вредное воздействие на печень, щитовидную железу и плод.Некоторые ПБДЭ могут также вызывать гормональный дисбаланс через щитовидную железу и, следовательно, подозреваются в нарушении развития нервной системы плода [49–51]. Из-за сходства биохимических и токсикологических эффектов ПБД, ПБДЭ и полихлорированного бифенила (ПХБ) могут возникать аддитивные эффекты.

ДЕКА считается проблематичным, поскольку было обнаружено, что декабромдифенил входит в пищевую цепь человека [52]. В то время как галогенированные антипирены, такие как декаБДЭ, постепенно выводятся из обращения на рынке из-за проблем, связанных с окружающей средой и здоровьем, в настоящее время разрабатываются эффективные альтернативы, и конечные пользователи их заменяют.В следующей таблице представлены проблемы со здоровьем, связанные с распространенными галогенированными соединениями.

Проблемы со здоровьем и влияние обычных галогенированных антипиренов

Имя

Проблемы / последствия для здоровья

Канцероген

Мутаген

Репродукция

ПБТ 1

vPvB 2

PBB

В

В

В

ПБДЭ

В

В

В

ГБЦД

В

В

В

TBBPA

В

В

КП

В

В

В

TCPA

В

PCT

В

В

Печатная плата

В

В

В

В

1: Стойкий, способный к биоаккумуляции и токсичный
2: Очень стойкий и очень способный к биоаккумуляции

Мировое законодательство без галогенов

Поскольку химические свойства галогенированных соединений могут нанести вред людям, животным и окружающей среде, многие из них подпадают под действие директивы Европейского Союза об ограничении использования опасных веществ (RoHS).Цель директивы - регулировать и ограничивать производителей электроники в производстве и использовании определенных опасных материалов [53]. Например, полибромированные бифенилы (PBB) и полибромированные дифениловые эфиры (PBBE) были запрещены RoHS [54]. RoHS строго соблюдается по всей Европе, при этом производители сталкиваются с множеством штрафов за несоблюдение, включая штрафы, конфискованные товары и потерю прав производителей на продажу товаров в ЕС [55]. Кроме того, RoHS распространяется на компании за пределами Европы, поскольку поставщики производителей из ЕС и производителей из стран, не входящих в ЕС, которые продают на рынок ЕС, должны соблюдать правила, иначе возникнет риск наказания.Например, Palm, Inc. и Apple Computer, Inc., обеим были вынуждены убрать продукты с рынка ЕС из-за несоответствия их продуктов RoHS в разное время [56]. В следующей таблице приведены ограничения на использование галогенированных материалов в различных странах.

Мировое законодательство по галогенированным материалам

Страна

Законодательство

Вещества

Ограничение

Дата вступления в силу

ЕС

RoHS: 2002/95 / EC

ПБД / ПБДЭ

0.1%

Июль 2006 г.

76/769 / EEC; 89/677 / EEC

PCB / PCT

0,005%

июнь 1986

76/769 / EEC; 2002/45 / EC

SCCP

1%

Январь 2004 г.

850/2004 / ЕС; 2016/293 / ЕС

ГБЦД

0.01%

Март 2016

1907/2006 / EC; 2017/227 / ЕС

ДекаБДЭ

0,1%

Март 2019

США

Законы различных штатов

ПБД / ПБДЭ

0,1%

2006-2008

ГБЦД

0.1%

2017

ДекаБДЭ

0,1%

2017

Китай

Китай RoHS

ПБД / ПБДЭ

0,1%

Март 2007

Япония

Закон о содействии эффективному использованию ресурсов

ПБД / ПБДЭ

0.1%

Июль 2006 г.

ПБД: полибромированные дифенилы; ПБДЭ: полибромированные дифениловые эфиры

ПХБ: полихлорированные бифенилы; PCT: полихлорированные терфенилы

КЦХП: хлорированные парафины с короткой цепью

ГБЦД: гексабромциклододекан

Безгалогенные антипирены

Основное применение эпоксидных смол - герметики, печатные платы, композиты и адгезивы [25].Ламинатные материалы для печатных плат должны отвечать множеству механических и электрических требований, а также быть огнестойкими. Бромированные реакционноспособные соединения, такие как ТВБА, обладают достаточной огнестойкостью в ламинатах на основе стеклоткани класса FR-4. Однако эти хорошо зарекомендовавшие себя антипирены были запрещены в июле 2006 г. [26]. Поэтому производителям необходимо найти альтернативные ламинаты с безгалогенной огнестойкой системой, отвечающей требованиям.

Безгалогенные антипирены (HFFR) быстро разрабатывались с 1970-х годов [28,57-59] для удовлетворения растущих потребностей в защите окружающей среды.До сих пор разрабатывались безгалогенные огнестойкие CCL (плакированные медью ламинаты) с высокой температурой стеклования (Tg) [60], [61] и хорошими механическими свойствами [62] - [64]. Современные безгалогенные CCL в основном основаны на DOPO. Moreever, было разработано несколько модификаций DOPO, которые поступают в продажу либо в виде чистого вещества, либо в виде эпоксидных смол, модифицированных фосфором.

Химия эпоксидных смол по-прежнему является предпочтительной основой для приложений CCL. Безгалогенные и фосфорсодержащие эпоксидные смолы уже заняли безгалогенный рынок.Количество модификаций DOPO и поставщиков смол, модифицированных фосфором, значительно увеличилось и предлагает широкий выбор для производителей CCL. Другие компоненты, такие как наполнители (например, SiO2, тригидрат оксида алюминия и тальк) и новые ускорители или отвердители, позволяют разрабатывать безгалогенные составы, соответствующие различным свойствам улучшенных электрических (низкие потери, высокая частота) или механических свойств ( низкий коэффициент теплового расширения (КТР), более высокая термическая стабильность). Эти новые материалы делают безгалогенные альтернативы более привлекательными для производителей оригинального оборудования в новых потребительских товарах.

Эпоксидные смолы с галогенированными антипиренами могут выделять ядовитые и коррозионные газы и даже супертоксичные дибензодиоксины и дибензофураны [65], [66]. Поэтому применение антипиренов, не содержащих галогенов, широко исследуется. Антипирен следует тщательно выбирать не только из-за эффективности огнестойкости, но и из-за его влияния на общие свойства полимерной системы. При определении возможных антипиренов, не содержащих галогенов, следует также учитывать два аспекта: механизм огнестойкости и способы взаимодействия в полимерной системе.

Механизм огнестойкости может быть физическим или химическим. Возможные физические взаимодействия антипирена включают охлаждение полимера ниже температуры горения, формирование слоя полукокса над полимером для исключения кислорода в системе (вспучивание) и разбавление количества топлива в системе за счет присутствия инертного материала. Химическое взаимодействие включает механизмы, происходящие в газовой фазе, препятствующие и запрещающие продолжение процесса горения, а также механизмы, возникающие в твердой фазе, которые могут либо разрушить полимер, либо химически образовать углеродный слой на поверхности.В общем, химические взаимодействия оказались наиболее эффективными для огнестойкости.

Другое соображение - это добавка или реактивное взаимодействие антипирена с полимерной системой. Взаимодействие антипирена с полимерным материалом влияет не только на свойства полимера, но также на обработку и окружающую среду. Реактивные антипирены химически встраиваются в структуру полимера и, таким образом, обеспечивают стабильную структуру по огнестойкости и свойствам материала.ДОПО является примером антипирена на основе фосфора. Добавки антипиренов вводятся механическими средствами и должны быть равномерно распределены в системе. В целом, антипирены, не содержащие галогенов, можно разделить на три основных химических семейства.

Согласно отраслевому исследованию рынка [67], тригидрат оксида алюминия (ATH) был наиболее популярным антипиреном и составлял почти треть потребления на мировом рынке. Ожидается, что ATH будет доминировать на рынке до 2018 года.С другой стороны, антипирены на основе фосфора продемонстрировали самый быстрый рост рынка среди всех антипиренов с учетом как стоимости, так и рабочих характеристик [68]. В результате рынок антипиренов на основе фосфора обогнал рынок бромированных антипиренов и стал вторым на рынке в 2015 году. Этот самый быстрый рост антипиренов на основе фосфора сохранится до 2020 года. Кроме того, гидроксид магния (MDH) ) и меламин также являются многообещающими безгалогенными антипиренами из-за их роста на рынке выше среднего.Однако галогенированные антипирены с менее опасными эффектами все еще будут в некоторой степени разделить рынок.

Несмотря на историческое использование галогенированных материалов, электронная промышленность в последние годы все больше осознает проблемы защиты окружающей среды, и поэтому материалы, не содержащие галогенов, становятся все более популярными. Использование антипиренов для безгалогенных систем, таких как антипирены на основе фосфора, увеличилось за последние 20 лет. Однако обеспечение надежности компонентов, в которых используются антипирены, не содержащие галогенов, становится проблемой для промышленности, поскольку прочность и термостойкость этих компонентов могут быть ниже, чем у обычных компонентов.

Фосфорсодержащие соединения являются перспективными в безгалогенных и огнестойких применениях эпоксидных смол [69] - [71]. Радикалы H + и OH– реагируют с радикалом PO– и HPO, образующимся при пиролизе фосфорсодержащего антипирена, чтобы снизить энергию пламени в газовой фазе. С другой стороны, радикал PO– и HPO обычно превращаются в полифосфорную кислоту в твердой фазе во время разложения. Эта реакция катализирует образование защитного углеродного слоя, который обладает высокой термической стабильностью и замедляет дальнейшее разложение полимерных цепей.

Сегодня происходит переход к производству безгалогенной электроники [72]. Ламинаты были изготовлены таким образом, потому что при сжигании ПХБ потенциально образуется диоксин, если это не контролируется должным образом. Бисфенол А используется в качестве предшественника при производстве традиционной эпоксидной смолы FR-4. Добавление 10% бромированного бисфенола A в эпоксидную смолу, отвержденную дициандиамидом (DICY), может привести к образованию тетрабромбисфенола A (TBBPA). Функция бромированного бисфенола A заключается в обеспечении защиты от воспламенения.Тот же самый антипирен также используется в эпоксидных смолах, отверждаемых PN (фенол-новолак). Однако бромированный материал удаляется в ламинатах, не содержащих галогенов (HF) [73], и заменяется гидроксидами металлов, такими как гидроксиды алюминия и магния, которые выделяют водяной пар при нагревании [74]. Эпоксидная смола, легированная фосфором, также замедляет горение, обугливая полимер во время воспламенения [75].

Антипирены на основе фосфора

Фосфорные соединения считаются основной альтернативой огнестойким материалам для замены галогенидов в ПХД.Однако материалы, не содержащие галогенов, не так эффективны, как галогениды. Чтобы соответствовать критерию UL94 V-0, количество соединений фосфора в печатных платах существенно увеличивается, что делает безгалогенные печатные платы более хрупкими, чем традиционные печатные платы [30], [76].

Механизм антипирена действует в основном в твердой фазе полимера, удаляя воду и создавая богатый углеродом уголь на поверхности полимера. Этот механизм обычно может генерировать очень низкую плотность дыма и не выделять в газовую фазу коррозионные, кислые газы (например, HCl или HBr для галогенированных антипиренов).По весу фосфор также более эффективен, чем бром. Например, UL 94 V-0 может быть достигнут при содержании фосфора от 2,5 до 4%.

DOPO, OPS, APP и PEPA (показанные на следующем рисунке [77]) служат в качестве антипиренов в эпоксидных смолах. Цель их использования - изучить влияние фосфора на огнезащитную эффективность эпоксидных смол. ДОПО обладает высокой термической стабильностью, хорошей стойкостью к окислению и хорошей водостойкостью [78] - [81]; это популярный фосфорсодержащий антипирен, который может вступать в реакцию с эпоксидным мономером.Сообщалось об использовании ДОПО или его производных в качестве антипирена для эпоксидных смол [82] - [85]. Кроме того, вспучивающиеся антипирены (IFR) рассматриваются как еще один многообещающий материал из-за их низкой токсичности, дымности, отсутствия галогенов и высокой эффективности [86] - [88]. Например, полифосфат аммония (APP) является обычным IFR. Кроме того, бициклические фосфаты в клетках привлекли внимание среди фосфорорганических антипиренов, и многие исследования были сосредоточены на них [89].Бициклические фосфаты в клетках и их производные могут служить эффективными IFRs или агентом обугливания в некоторых полимерах [89,90]. PEPA (1-оксо-4-гидроксиметил-2,6,7-триокса-1-фосфабицикло [2.2.2] октан) также представляет собой реактивный фосфорсодержащий FR с безгалогенными антипиренами.

Типичные химические структуры антипиренов

Влияние на производительность

Следующие свойства материала считаются критическими для производительности и надежности печатных плат, включая поглощение влаги, температуру стеклования (Tg), коэффициент теплового расширения (CTE), температуру разложения (Td) и время до расслоения (T-260 и Т-288).Поскольку армирующее стекло с трудом впитывает влагу, диффузия влаги происходит только через эпоксидную смолу. Эпоксидные смолы также могут поглощать различную влагу. Более того, различное соотношение стекло / смола в конструкциях печатных плат приведет к различным концентрациям влаги и максимальным значениям влагопоглощения. В заключение, характеристики влагопоглощения материалов для печатных плат могут варьироваться в зависимости от типа эпоксидной смолы, конструкции и содержания эпоксидной смолы / волокна [91].

Поскольку безгалогенные материалы отличаются физически (наполнитель) или химически (матричная структура) от своих галогенированных аналогов, ожидается, что рабочие характеристики и надежность между безгалогенными и галогенированными материалами также будут разными.Многие исследования показали преимущества и недостатки различных безгалогенных материалов. Поэтому системы герметика и печатных плат необходимо отрегулировать или модернизировать, чтобы они соответствовали техническим требованиям ожидаемых приложений [92]. Например, пиковая температура процесса бессвинцового оплавления на 30-40 ° C выше, чем у процесса оловянно-свинцового процесса. Более высокая температура может вызвать проблемы в процессе, вызванные несоответствием КТР и влажностью. Кроме того, с точки зрения производства, технологичность и формуемость также следует принимать во внимание при выборе материалов, не содержащих галогены.

На производительность и надежность печатных плат может во многом влиять поглощение влаги [93]. В процессе производства печатных плат влага может поглощаться препрегами из эпоксидной смолы / стекловолокна в результате влажных процессов или из среды хранения [94]. Местами, содержащими влагу, могут быть эпоксидные смолы, поверхности раздела смола / стекловолокно, а также микротрещины или пустоты внутри печатной платы. Влага может привести к межфазному расслаиванию препрег / медь, внутренним коротким замыканиям из-за миграции металла (проводящая анодная нить) и снижению температуры стеклования [95].Более того, влага может значительно расшириться при более высокой температуре процесса и вызвать дефекты вспенивания герметиков. Влага также может влиять на электрические свойства печатной платы, увеличивая ее диэлектрическую проницаемость, чтобы снизить скорость переключения электрических цепей и увеличить время распространения сигнала [96].

Механические свойства Performance

Альтернативы, не содержащие галогенные огнестойкие (HFR), не лишены проблем при использовании в печатных платах. Ламинатные материалы для печатных плат, не содержащие HFR, могут отрицательно повлиять на производство, обращение и характеристики продукта.Исследования показали, что применение ламинатов HFR может привести к снижению характеристик электрической системы из-за более высоких диэлектрических постоянных, чем у широко используемых в настоящее время материалов FR-4 [34]. Более высокие диэлектрические постоянные могут вызвать увеличение хрупкости и снижение прочности на отслаивание из-за изменения характеристик эпоксидных материалов печатных плат [34]. Температуры стеклования и влагопоглощение могут изменяться в разных направлениях, что приводит к непредсказуемым результатам [34].Кроме того, по мере увеличения количества слоев печатной платы возрастают перечисленные выше проблемы с производительностью. Однако, несмотря на некоторые недостатки, связанные с ПХБ без HFR, они превосходят галогенированные ПХБ во многих областях. Например, спецификации поставщиков показывают, что печатные платы без HFR часто имеют более низкий CTE, более длительные T-260 и T-288 раз и более высокую температуру Td [97].

В настоящее время большинство ламинатов, плакированных медью, изготавливают из бромированных антипиренов, которые представляют опасность для окружающей среды, или фосфорсодержащих смол.Фосфорсодержащие смолы оказались удовлетворительной альтернативой галогенированным продуктам, но они обладают очень высокой степенью водопоглощения. В результате ухудшается их химическая стойкость. Следовательно, существует спрос на продукты с меньшим содержанием фосфора. В других отчетах приводятся дополнительные данные о надежности и характеристиках материалов для печатных плат, не содержащих галогенов. В отчете iNEMI [34] проанализирована технологическая готовность, возможности поставок и характеристики надежности безгалогенных материалов, а также проанализирована возможность перехода производителей компьютеров на безгалогенные материалы.В другом отчете iNEMI [98] говорится, что ни один из протестированных материалов, не содержащих галогены, не соответствовал исходному уровню FR-4. Они наблюдали, как правило, более высокие значения Dk (эффективная диэлектрическая проницаемость) и более низкие значения Df (эффективный тангенс угла потерь) для материалов, не содержащих галогены, по сравнению с исходным материалом. Различия в свойствах и характеристиках безгалогенных материалов будут зависеть от конструкции и требований продуктов, в которые они включены.

Дополнительные исследования показали, что безгалогенные печатные платы подвержены двум специфическим дефектам: заеданию и дефекту "голова в подушке".Удаление галогенов может привести к образованию трещин, которое описывается как «неполное слияние паяльной пасты, оставляющее шероховатую неровную поверхность» [97]. Поскольку удаление галогенов может привести к изменению КТР печатной платы, их удаление, в свою очередь, может привести к дефекту "голова в подушке" [97]. Захват и дефект "голова в подушке" создают проблему для производителей паяльной пасты при производстве безгалогенных паяльных паст, которые работают так же хорошо, как современные галогенированные материалы [97]. Кроме того, галогены используются в паяльных пастах и ​​флюсах.В том же исследовании было показано, что удаление галогенов может отрицательно повлиять на смачивание и коалесценцию. Таким образом, удаление галогенов из этих материалов напрямую повлияет на процесс сборки печатной платы [97]. Многие исследования показывают, что безгалогенные печатные платы менее надежны, чем галогенированные печатные платы, потому что безгалогенные материалы часто более жесткие. Эта жесткость может негативно повлиять на процесс сверления во время изготовления печатной платы, при этом оценки показывают, что срок службы сверла может быть снижен на целых 25% [97].

Electronic Properties Performance

Помимо влияния на механические характеристики / надежность печатных плат, безгалогенные материалы также влияют на электрические свойства печатных плат. На диэлектрическую проницаемость, а также на коэффициент рассеяния влияют галогенированные / не содержащие галогены материалы; оба эти свойства влияют на целостность сигнала. Другой проблемой, связанной с электрическими характеристиками, связанной с заменой галогенированных материалов, являются электрические свойства антипиренов, не содержащих галогенов.Были разработаны безгалогенные заменители обычного огнестойкого FR-4, но разница в электрических характеристиках и критических электрических свойствах может сделать конструкции высокоскоростной шины, такие как DDR3 и PCIe, более дорогими, чтобы компенсировать эту разницу в свойствах. . Наиболее очевидной проблемой, связанной с этим различием свойств, является увеличение диэлектрической проницаемости безгалогенных диэлектрических материалов. Безгалогенные материалы обычно имеют значение диэлектрической проницаемости на частоте 1 ГГц в диапазоне от 4.5 и 5.5; Значения диэлектрической проницаемости FR-4 ближе к верхним тройкам. В результате увеличенной диэлектрической проницаемости платам требуется более толстый диэлектрический слой для создания необходимого импеданса; эти более толстые диэлектрические слои приводят к дополнительным проблемам, таким как увеличение перекрестных помех и снижение производительности шины [98].

Проблемы надежности

Образование проводящей нити (CFF) считается одним из основных механизмов разрушения стекловолоконных эпоксидных ламинатов печатных плат, поскольку оно может вызвать внезапное падение сопротивления изоляции между проводниками печатных плат.CFF - это электрохимический процесс, который включает перенос металла через неметаллическую среду под действием приложенного электрического поля [99]. Более того, на формирование токопроводящей нити могут влиять следующие факторы, включая температуру, влажность, напряжение, сырье для ламината, параметры изготовления печатной платы и расположение проводников в печатной плате [100]. Среди этих факторов больше всего влияет сырье на CFF. Однако параметры изготовления, включая применяемые химические вещества, параметры ламинирования и параметры сборки, также показывают склонность печатных плат к отказу из-за CFF.

С расширением рынка экологически чистой электроники, растущим беспокойством по поводу окружающей среды и здоровья и широким переходом на бессвинцовую и безгалогенную электронику новые материалы для печатных плат будут выдерживать более высокую температуру оплавления во время бессвинцовой пайки. процесс. Эта более высокая температура может вызвать расслоение стекловолокна и эпоксидной смолы, чтобы обеспечить пространство для CFF. Расслоение между стекловолокном и эпоксидной смолой также может быть вызвано несоответствием коэффициента теплового расширения (КТР), который КТР стекловолокна и эпоксидной смолы равен 5.5 ppm / ° C и 65 ppm / ° C при изменении температуры. Возможные места для CFF - сквозное отверстие (PTH) в PTH, PTH в плоскости и трассировка для трассировки. Предыдущие исследования отказов печатной платы с помощью CFF показали, что проводящая нить имеет тенденцию расти вдоль отслоенной границы раздела между стекловолокном и эпоксидной смолой. В исследовании Welster et al. [101] также сообщается, что сопротивление CFF резко снижается после воздействия на ПХБ теплового удара или многократных процессов оплавления.

Turbini et al.[102] обсуждали взаимосвязь между температурой процесса и отказами, вызванными CFF в 2000 году. Они обработали испытательные транспортные средства, которые были стандартными тестовыми образцами IPC-B-24, водорастворимым флюсом при температуре обработки 201 и 240 °. C для наблюдения за влиянием на отказы, вызванные CFF. Эти температуры обработки были определены в соответствии с условиями пайки волной для традиционного эвтектического припоя и типичного бессвинцового припоя соответственно. Они заметили, что случаи отказов, вызванных CFF, были значительно выше для транспортных средств при температуре обработки 240 ° C.Они пришли к выводу, что большее количество отказов транспортных средств было вызвано обширной диффузией полигликолей при более высокой температуре пайки. Период времени, в течение которого плита будет выше ее Tg, определил количество абсорбированного полигликоля в эпоксидной смоле, поскольку процесс диффузии следует поведению Аррениуса. Более того, более высокая температура пайки также вызывает большие тепловые деформации на платах из-за несоответствия КТР стекловолокна и эпоксидной смолы.

Из-за перехода на бессвинцовую электронику температура обработки бессвинцовой пайки выше, чем при традиционной эвтектической пайке.Например, пиковая температура процесса оплавления для типичных бессвинцовых припоев, включая сплавы Sn / Ag / Cu и Sn / Ag, примерно на 40 ° C выше, чем у традиционного эвтектического припоя (Sn63 / Pb37) [103]. Исследования, проведенные учеными из Национальной физической лаборатории [104] в 2004 г., заставили задуматься о росте CFF. Они изучили тепловые эффекты, включая термический удар и бессвинцовое оплавление, на рост CFF в различных типах печатных плат. Они пришли к выводу, что влияние теплового удара было незначительным, но температура оплавления повлияла на рост CFF.CFF быстрее рос на печатных платах, которые испытали более высокую температуру оплавления. Результаты привели к предположению, что отказы, вызванные CFF, были вызваны химическим или физическим разрушением, в то время как температура обработки была выше критического значения, а не несоответствие CTE.

Кроме того, Суд и Пехт [105] провели эксперименты с различными типами печатных плат при пиковых температурах процесса оплавления 217 ° C и 243 ° C, чтобы наблюдать рост CFF. ПХД были предоставлены двумя поставщиками с тремя значениями Tg, включая поставщика A (Tg 180 ° C), поставщика A (Tg 170 ° C), поставщика B (Tg 170 ° C) и поставщика B (Tg 150 ° C, галоген -свободный).Все образцы от поставщика B, включая Tg 170 ° C и Tg 150 ° C, подвергались эвтектическим или бессвинцовым процессам оплавления, и все они вышли из строя после испытаний. С другой стороны, печатные платы того же типа, не подвергшиеся процессу оплавления, не выдержали испытания меньшего количества образцов после того же тестирования. Однако только печатные платы, не содержащие галогенов, вышли из строя после испытаний, независимо от условий оплавления, в которых они работали, включая отсутствие оплавления, эвтектического оплавления и бессвинцового оплавления. В заключение, более высокая пиковая температура процесса бессвинцового оплавления в сочетании с безгалогенными материалами с более низкой Tg может повлиять на сопротивление CFF и затем увеличить вероятность отказов печатных плат.

В 1979 году и Lahti et al. [99] и Lando et al. [100] провели эксперименты по характеристике CFF. Они обнаружили незначительное ухудшение сопротивления изоляции или его отсутствие во время процесса контроля, но сопротивление, очевидно, уменьшалось во время отказов. Согласно их исследованиям, прогнозирование отказов, вызванных CFF, затруднено путем контроля сопротивления изоляции проводников. Более того, они обнаружили, что одним из механизмов роста CFF является то, что проводящее соединение меди с анода проникает в границу раздела между стекловолокном и эпоксидной смолой под смещенной электрохимической активностью.Они также обнаружили, что время до отказа резко уменьшилось, когда расстояние между проводниками было менее 5 мил. В исследовании Ландо и др. [100] они пришли к выводу, что восприимчивость печатных плат к CFF варьируется в зависимости от конфигурации проводника, причем самой слабой конфигурацией является комбинация дырок с дырками. Кроме того, они также сообщили, что сопротивление CFF было выше при переплетении под углом 45 градусов, чем при переплетении под углом 90 градусов. Таким образом, предложенные ими стратегии смягчения последствий заключались в добавлении богатых смолой областей между слоями стекловолокна и проводника с использованием ламинатов Traizine и повышении прочности связи на границе раздела между стекловолокном и эпоксидной смолой.

В соответствии с тенденцией к увеличению плотности упаковки расстояние между проводниками становится все меньше. Например, с 2014 года расстояние между краями PTH приблизилось к 2 мил [106]. Таким образом, вероятность отказов печатных плат, вызванных CFF, также увеличивается. В сочетании с растущей плотностью упаковки короткое замыкание, вызванное CFF, становится большой проблемой при использовании электроники в неконтролируемой среде. Кроме того, введение бессвинцовых припоев также увеличивает риски отказов, вызванных CFF, из-за более высоких температур обработки.

В 1989 году Augis et al. [107] указали, что CFF не возникнет, пока относительная влажность была ниже порогового значения. Модели линейного ускорения, которые применялись для прогнозирования надежности плат, могли выйти из строя, если порог не был определен. Например, плата может быстро выйти из строя в среде с высокой влажностью, но нормально работает в течение приемлемого периода времени при номинальных условиях эксплуатации. Более того, тесты надежности не показали разницы в количестве отказов, вызванных CFF, между новыми и старыми платами.Однако количество отказов, вызванных CFF, значительно увеличилось во время ступенчатых стресс-тестов, когда относительная влажность была выше определенных уровней. С другой стороны, в 1994 году Rudra et al. [108] провели тесты надежности с использованием трех типов печатных плат с различными слоистыми материалами, включая FR-4, бисмалеимидтриазин (BT) и цинатный эфир (CE), для наблюдения отказов, вызванных CFF. Они сообщили, что материалы BT и CE показали более низкое влагопоглощение, поэтому отказы, вызванные CFF, были ниже у печатных плат BT и CE, чем у печатных плат FR-4.Они также указали, что время выхода из строя CFF увеличилось после нанесения конформного покрытия и паяльной маски, что означает, что сопротивление токопроводящей нити было увеличено для этих покрытых печатных плат. В дополнение к типу ламинатных материалов, количество влагопоглощения в эпоксидной смоле может также вызвать расслоение на границе раздела между стекловолокном и эпоксидной смолой во время испытаний на температуру / влажность, поскольку набухание и усадка эпоксидных смол создает нагрузки на интерфейс [109].Кроме того, температура стеклования (Tg) ламинатных материалов также может быть снижена за счет поглощения влаги, а затем. Таким образом, эти материалы легче повредить избыточным термическим напряжением [110], [111]. Если между стекловолокном и эпоксидной смолой образуется расслоение или микротрещины, образование не будет обратимым. Следовательно, необходимо заново определить порог относительной влажности для ламинатных материалов перед нанесением не содержащих галогенов антипиренов в печатные платы.

Анализ отказов CFF иногда выявлял элементы, связанные с нитью накала, включая хлор, бром или серу. Считалось, что источником этих элементов являются производственные процессы. В 1996 году Ready et al. [112] предположили, что повышенный уровень бромида в месте разрушения CFF будет происходить из-за производственных процессов, а не из-за плат. HBr, содержащийся во флюсе, рассматривался как источник бромида при исследовании проблемного периода.В процессе пайки считалось, что бромид диффундирует через несколько слоев печатных плат. Кроме того, флюсы, включающие определенные полигликоли, демонстрируют склонность к росту CFF, поскольку полигликоли будут увеличивать поглощение влаги в слоистых материалах.

Влияние использования безгалогенных антипиренов в печатных платах на отказы, вызванные CFF, недостаточно изучены. Сообщается разная информация об устойчивости к CFF. В то время как в некоторых исследованиях сообщалось, что безгалогенные ПХБ проявляли лучшую устойчивость к росту CFF, другие показали, что безгалогенные ПХБ имели более низкую устойчивость к росту CFF.Эта неубедительная информация вызывает опасения по поводу применения безгалогенных материалов в приложениях, критичных к надежности. Таким образом, необходимы более всесторонние исследования, чтобы понять влияние использования безгалогенных материалов [97].

Влияние влаги на тепловые свойства безгалогенных и галогенированных слоистых материалов для печатных плат

В исследовании Ма и др. [93] были протестированы четыре материала ПХБ - два безгалогенных (A и C) и два галогенированных (B и D).Эти ламинаты были приобретены у двух производителей (A и B у производителя I, и C и D у производителя II). Свойства ламината показаны в следующей таблице в соответствии с их техническими данными.

Свойства испытуемого материала (лист данных)

Методы испытаний и оборудование, используемые для измерения свойств, перечислены в следующей таблице. Процедуры измерения для каждого свойства обсуждаются в следующих рукописях.

Методы измерения

1) CTE: CTE ламинатной системы - это частичное изменение линейных размеров в зависимости от температуры.В z-CTE преобладает система смол, тогда как в CTE в плоскости преобладает стеклоткань. z-CTE влияет на механизмы разрушения, такие как растрескивание и расслоение цилиндра, а CTE в плоскости (деформация / заполнение) влияет на разрушения паяных соединений при сдвиге.

В этом исследовании были испытаны три образца каждого материала, каждый размером примерно 6,35 × 6,35 мм. Образцы были отполированы для обеспечения параллельности кромок, а медная оболочка протравливалась раствором сульфата натрия.КТР слоистых материалов в направлении z-КТР измеряли с помощью термомеханического анализатора Perkin – Elmer (ТМА) (Pyris TMA 7). ТМА нагревает образец от 30 ° C до 200 ° C со скоростью линейного изменения 10 ° C / мин. ТМА измерял z-CTE, отслеживая изменение толщины образца. У ламината один z-CTE ниже его Tg, а другой выше его Tg, каждый из которых был измерен по результатам ТМА. Типичный график измерения z-CTE показан на следующем рисунке.

2) Температура стеклования (Tg): Температура стеклования (Tg) системы смол - это температура, при которой материал переходит из жесткого и стеклоподобного состояния в эластичное и эластичное состояние из-за обратимого разрушения Ван-дер-Ваальсовы связи между молекулярными цепями полимера.Некоторые свойства, такие как тепловое расширение, модуль Юнга, теплоемкость и диэлектрическая проницаемость, претерпевают изменение примерно при Tg. Следовательно, очень важно определить температуру стеклования в условиях окружающей среды и влажности, чтобы определить температурный диапазон, в котором эти системы могут использоваться без ухудшения их свойств при рабочей температуре.

Были испытаны по три образца каждого типа материала весом 15–30 мг каждый.Края были сглажены, заусенцы были удалены шлифовкой, а медная оболочка была стравлена ​​с использованием раствора сульфата натрия. Tg измеряли с помощью дифференциального сканирующего калориметра Perkin – Elmer (DSC) (Pyris 1 DSC). Образцы подвергали температурному сканированию от 30 ° C до 200 ° C со скоростью 20 ° C / мин. При Tg теплоемкость материала изменяется, и это фиксируется ступенчатым переходом на кривой измерения DSC. Tg определяется как средняя точка ступенчатого перехода (через которую изменяется теплоемкость материала) на графике измерения DSC (следующий рисунок).

График измерения температуры стеклования

3) Температура разложения (Td): Температура разложения (Td) - это температура, при которой система смол подвергается необратимому физическому и химическому разложению с термическим разрушением поперечных связей, что приводит к потере веса материала. Были испытаны по два образца каждого типа материала массой 10–20 мг каждый.Края были сглажены, заусенцы удалены шлифовкой, а медная оболочка стравлена. Td измеряли с помощью термогравиметрического анализатора (ТГА) (Shimadzu TGA 50). Образцы подвергали температурному сканированию от 25 ° C до 550 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Изменение веса образца было получено как функция температуры, и Td регистрировали при потере веса 2% и 5% по сравнению с весом образца при 50 ° C.

4) Время до расслоения (T-260, T-288): Время до расслоения - это время, необходимое слоистому материалу для расслоения (определяемого как разделение между слоями препрегов и сердечников с медным покрытием в многослойной структуре), когда подвергается постоянной температуре.Температура 260 ° C (T-260) используется в промышленности в качестве показателя для оценки совместимости ламинатов с бессвинцовыми процессами. Время расслоения T-288 обеспечивает более подходящий уровень производительности, учитывая температуру процесса, необходимую для бессвинцовой пайки. Оба параметра были протестированы в этом исследовании. Четыре образца, каждый размером 6,35 × 6,35 мм, были протестированы с использованием ТМА (Pyris TMA 7). Образцы подвергали температурному сканированию от 25 ° C до 260 ° C или 288 ° C со скоростью 10 ° C / мин, а затем выдерживали при 260 ° C или 288 ° C до необратимого изменения толщины образца. наблюдалось или прошло 30 минут, в зависимости от того, что наступит раньше [113].Время до расслаивания определяли как время между началом изотермы (260 ° C или 288 ° C) и началом отслоения.

I - Поглощение и десорбция влаги

Концентрация влаги в ламинате увеличивается со временем воздействия и приближается к равновесию через несколько дней при воздействии влажной среды. Время достижения равновесия зависит от толщины ламината и температуры окружающей среды. Предполагалось, что образцы ламината были относительно тонкими.Таким образом, диффузия от краев ламината была незначительной. Распространение влаги в слоистых материалах подчиняется одномерному уравнению Фика. Для диффузии Фика в ламинате с толщиной, экспонированной с обеих сторон одной и той же окружающей среде, влажность Mt в момент времени t определяется следующим выражением:

где M∞ - это равновесное содержание влаги, а D - коэффициент диффузии, или коэффициент диффузии, выраженный в квадрате длины в единицу времени [96]. Диффузия влаги будет происходить только через эпоксидную смолу, так как армирующее стекло с трудом впитывает влагу.Эпоксидные смолы также могут поглощать различное содержание влаги; Кроме того, различное соотношение стекло / смола между различными конструкциями печатных плат приведет к различным концентрациям влаги и максимальным значениям влагопоглощения. В результате характеристики влагопоглощения материалов для печатных плат будут зависеть от типа эпоксидной смолы, конструкции и содержания эпоксидной смолы / волокна [114].

Молекулы воды, абсорбированные эпоксидной смолой, можно классифицировать как связанную воду или свободную воду [115], [116].Связанная вода задерживается на полярных участках и обычно связана с гидроксильными группами в эпоксидной сетке. Свободная вода скапливается в свободном объеме или в пустотах внутри эпоксидной смолы. Свободный объем полимерной смолы определяется как объем смолы без объема полимерных цепей или объем, обусловленный тепловыми колебаниями полимерных цепей. Связанная вода, которая была связана с гидроксильными группами в эпоксидной сетке, не выделялась в процессе обжига. В результате значения влажности купонов при температуре 85 ° C и относительной влажности 85% были выше, чем у купонов в условиях комнатного хранения после процесса выпечки, как показано на следующем рисунке:

Скорость десорбции влаги ламинатом при 105 ° C.

II - Поглощение и десорбция влаги

Значения z-CTE (ниже Tg и выше Tg) четырех ламинатов печатной платы с различным содержанием влаги нанесены на график и показаны на рисунке A. Области таблицы данных также показаны. На рис. B показаны кривые КТР образца A при различных условиях влажности. После выдержки образца A при температуре 85 ° C и относительной влажности 85% в течение 24 часов одна часть была предварительно кондиционирована в соответствии с методом испытаний IPC-TM-650 2.4.24, а затем был измерен CTE.Другая часть была протестирована без предварительной подготовки. Два результата по сравнению с контрольным набором нанесены на график и показаны на рис. B. На рис. C показаны кривые КТР четырех образцов, которые поглощали влагу при 85 ° C и относительной влажности 85% в течение различных периодов времени и затем подвергались предварительному кондиционированию в соответствии с IPC. -ТМ-650 2.4.24 метод испытания перед измерением.

Не было явной тенденции в значениях z-CTE, рассчитанных на основе данных ниже или выше области стеклования, как показано на рис.A. Однако было заметное отклонение на кривых z-CTE вокруг области стеклования, как показано на рис. B и C. Предварительная подготовка в соответствии с методами испытаний IPC может снизить влияние влаги на расширение по оси z. Однако набухание в области стеклования увеличивалось с увеличением содержания влаги, особенно в безгалогенном материале А, который впитал больше влаги, чем другие материалы в экспериментах по поглощению влаги.

Об этом свидетельствуют кривые КТР на рис.B, что было три фазы, каждая из которых показывает разную степень теплового расширения. В фазе 1 в расширении по оси z преобладала смола, и, следовательно, значения CTE ниже Tg были близки к значениям эпоксидной смолы (~ 60 ppm / ° C). На этапе 3 материал печатной платы расширялся, поскольку повышение температуры приводило к большей тепловой вибрации атомов в материале, и, следовательно, увеличивалось среднее расстояние между соседними атомами. Следовательно, материал печатной платы имел большую скорость расширения и становился более вязким выше Tg.На этапе 2 было два фактора, которые вызвали заметное отклонение значений z-CTE. Во-первых, влага вызвала набухание ламината печатной платы при температуре выше 100 ° C и увеличивалась по оси Z ниже исходной точки Tg. Во-вторых, вода действовала как пластификатор в эпоксидной системе, увеличивая вязкость эпоксидной смолы и приводя к снижению Tg. Следовательно, скорость расширения была большой ниже исходной точки Tg. В результате общее расширение ламината по оси z увеличивалось по мере увеличения содержания влаги в ламинате.

Рисунок A. Значения z-CTE образцов с различным содержанием влаги и областями таблицы данных.

Рисунок B. Кривые КТР образца A после выдержки при 85 ° C и относительной влажности 85% в течение 24 часов. Одна часть была предварительно кондиционирована методом IPC-TM-650 2.4.24 перед измерением по сравнению с частью без предварительной обработки и контрольным набором.

Рисунок C.Кривые КТР четырех образцов после выдержки при температуре 85 ° C и относительной влажности 85% в течение различного времени и последующей предварительной обработки в соответствии с методом испытаний IPC-TM-650 2.4.24 перед измерением.

III - Влияние влаги на Tg

Предыдущая работа показала, что поглощенная вода в эпоксидных материалах приводит к снижению температуры стеклования из-за пластифицирующего эффекта воды [117] - [120]. Результаты наших экспериментов ДСК доказали, что Tg образцов эпоксидной смолы действительно снижалась с увеличением влажности на ранних стадиях (примерно до 192 часов, за исключением образца D), как показано на рис.D. Однако Tg увеличилась на более поздних стадиях (после 192 часов, за исключением образца D) после длительного воздействия температуры 85 ° C и относительной влажности 85%. Чтобы убедиться, что на результаты этого эксперимента также влияет температурное воздействие, испытания Tg были повторены на образцах A и B, которые были погружены в кипящую воду. Кипящую воду использовали для увеличения скорости поглощения влаги образцом. Результаты показаны на рис. E.

Такие же тенденции были обнаружены в образцах A и B, когда они были погружены в кипящую воду.Результаты показывают, что Tg водонасыщенной эпоксидной смолы сильно зависит от времени воздействия и температуры. В то время, когда материалы, подвергнутые гигротермическому воздействию, почти достигают насыщения, снижение Tg является наибольшим. Однако после насыщения Tg начинает постепенно восстанавливаться. Более высокая температура погружения и более длительное время погружения вызывают большую степень восстановления Tg.

Уменьшение Tg эпоксидной системы обычно связано с захваченными пластификаторами.Вода обычно действует как пластификатор в эпоксидных системах, что приводит к снижению Tg. Увеличение Tg связано с увеличением плотности сшивки. Тепло облегчает химические реакции, которые приводят к сшиванию полимеров, увеличивая тем самым Tg. Согласно результатам Tg как при температуре 85 ° C и относительной влажности 85%, так и в кипящей воде, мы можем видеть, что на ранних стадиях испытуемые образцы поглощали больше влаги, Tg быстро снижалась, и влажность преобладала в тенденциях. На более поздних стадиях образцы были почти насыщенными, Tg увеличивалась со временем в тепловых условиях, а температура преобладала в тенденциях.Такое поведение также можно объяснить находками Чжоу и Лукаса [121]. Они утверждали, что поглощенные молекулы воды, образующие двойные водородные связи, вызовут увеличение Tg. Согласно их результатам, молекулы воды связываются с эпоксидными смолами посредством водородных связей. В эпоксидных смолах обнаружено два типа связанной воды. Типы связывания классифицируются как связывание типа I или типа II, в зависимости от различий в комплексе связывания и энергии активации. Эти два типа связанной воды совершенно по-разному влияют на изменение Tg.Связанная вода типа I разрушает первоначальную межцепочечную силу Ван-дер-Ваальса и водородные связи, что приводит к увеличению подвижности сегментов цепи и действует как пластификатор, тем самым снижая Tg. Напротив, связанная вода типа II способствует увеличению Tg в водонасыщенной эпоксидной смоле за счет образования вторичной сетки поперечных связей. Экспериментально определенные значения Tg представляют собой комбинированный эффект двух механизмов.

Рисунок D. Результаты Tg для четырех образцов после воздействия 85 ° C и 85% относительной влажности в течение разной продолжительности.

Рисунок E. Поглощение влаги и результаты Tg образцов A и B в кипящей воде.

IV - Влияние влаги на Td

Измерение температуры разложения проводили, подвергая образцы сканированию температуры от 25 ° C до 550 ° C в потоке азота при скорости нагрева 10 ° C / мин. Результаты измерения температуры разложения для четырех материалов, соответствующих потере веса 2% и 5%, нанесены на график и показаны на рис.F. После предварительной обработки в соответствии с IPC-TM-650 2.4.24.6 Td для образца, который был насыщен кипящей водой, не показал заметных изменений по сравнению с контрольным набором. Другими словами, влага не оказала очевидного влияния на Td после предварительной обработки в соответствии со стандартом IPC для всех материалов в этом исследовании. Кроме того, типичные кривые ТГА для четырех исследуемых материалов построены и показаны на рис. G. Галогенированные материалы (B и D) начали разлагаться при 370 ° C и 320 ° C, соответственно, и впоследствии подверглись быстрой деградации.Материалы B и D подверглись разложению от 2% до 5% в узком температурном диапазоне, чего не было в случае безгалогенных материалов (A и C). Безгалогенные материалы (A и C) испытали деградацию наклона, что указывает на то, что безгалогенные материалы имеют лучшую термическую стабильность, чем галогенированные материалы. Возможная причина в том, что безгалогенные и галогенированные материалы имеют разные системы эпоксидных смол, поскольку в них используются разные антипирены. Механизм пока не ясен.

Рисунок F. Результаты Td для четырех образцов после насыщения кипящей водой по сравнению с контрольным набором.

Рисунок G. Типичные кривые ТГА для четырех ламинатов.

V - Влияние влаги на время отслоения

Для этого испытания были приготовлены два набора образцов.Один набор был подготовлен и протестирован согласно IPC-TM-650 2.4.24 в качестве контроля. Другой набор был погружен в кипящую воду на десять дней. Вес каждого ламината измеряли до и после погружения с помощью аналитических весов. Толщина ламината измерялась цифровым штангенциркулем с минимальным отсчетом 0,01 мм. В этом испытании образец изменялся с 25 ° C до 260 ° C или 288 ° C со скоростью 10 ° C / мин и выдерживался при температуре 260 ° C или 288 ° C до тех пор, пока не наблюдалось необратимое изменение толщины образца или не прошло 30 минут. , в зависимости от того, что произошло раньше.Результаты показаны в следующей таблице.

Время до расслоения - это мера способности линии диэлектрического скрепления поглощать напряжения. Как мы видим, время до расслоения заметно уменьшилось, когда материалы A и D были погружены в кипящую воду и впитали около 1% влаги. Т-260 и Т-288 материала В немного снизились после поглощения 0,5% влаги. Материал C не показал никакого расслоения в течение 30 мин в контрольном наборе или в наборе для поглощения влаги.Ухудшение результатов измерения времени до расслоения показало, что поглощение влаги повлияло на линию склеивания.

Время до результатов расслоения для четырех образцов после поглощения влаги в кипящей воде по сравнению с контрольным набором.

  1. Цветная таблица Менделеева для печати, НАУЧНЫЕ ПРИМЕЧАНИЯ. http://sciencenotes.org/printable-periodic-table/
  2. Европейская ассоциация антипиренов, «Зачем использовать антипирены», Европейская ассоциация антипиренов, 2005.
  3. С. О'Коннелл, А. Уитли, Дж. Беркитт, С. Чинг, А. Фонг, Т. Брейди и С. Таса, «Экологическая оценка безгалогенных печатных плат», DfE Phase II, Группа пользователей HDP International, Inc., Скоттсдейл, Аризона, стр. 1-17, 2004.
  4. IPC Association Connecting Electronics Industries, «Белая книга IPC о безгалогенных материалах, используемых для печатных плат и сборок», IPC-WP / TR-584, 2003. Доступно по адресу: www.ipc.org/TOC/IPC-WP-TR -584.pdf
  5. МЭК 61249-2-21: 2003, «Материалы для печатных плат и других соединительных структур. Часть 2-21: Армированные основные материалы, плакированные и не плакированные. Негалогенированные эпоксидные тканые многослойные листы из Е-стекловолокна определенной горючести» (испытание на вертикальное горение) ), медь », Международная электротехническая комиссия, 2003 г.
  6. JPCA-ES-01-1999 «Метод испытаний для безгалогенных материалов», Японская ассоциация печатных плат, 1999.
  7. Дж. Давиньон, «Командный проект iNEMI по материалам для печатных плат без HFR: исследование для выявления технологических ограничений, связанных с переходом на материалы для печатных плат без HFR», 2012 г.
  8. «Стандарт воспламеняемости UL94», Underwriters Laboratories, 2017. http://www.ulttc.com/en/solutions/test-methods/combustion-fire/flammabil ...
  9. Дж. Давиньон и Р. Пфаль, «Переход отрасли на безгалогенные платформы», IDF2009 Форум разработчиков Intel, 2009 г.
  10. П. Герра, М. Алаи, Э. Эльджаррат и Д. Барсело, «Введение в бромированные антипирены: коммерческие продукты, применение и физико-химические свойства», Справочник по химии окружающей среды, Springer, Vol. 16. С. 1–18, 2011.
  11. Р. Э. Кирк, Д. Ф. Отмер, «Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера», Wiley, New York, 2007.
  12. M. Alaee, P. Arias, A. Sjödin, Å. Бергман, «Обзор коммерчески используемых бромированных антипиренов, их применения, моделей их использования в разных странах / регионах и возможных способов выпуска», Environment International, Vol.29, No. 6, pp. 683–689, 2003.
  13. П. О. Дарнеруд, «Токсическое воздействие бромированных антипиренов на человека и дикую природу», Environment International, Vol. 29, No. 6, pp. 841-853, 2003.
  14. А. Ковачи, С. Вурсполс, Л. Рамос, Х. Нилс и Р. Бласт, «Последние разработки в области анализа бромированных антипиренов и бромированных природных соединений», Journal of Chromatography A, Vol. 1153, №№ 1–2, с. 145–171, 2007.
  15. Р. Дж. Лоу, Д. Герцке, С. Харрад, С.Моррис, П. Берсудер и К. Р. Алчин, «Уровни и тенденции ГБЦД и БДЭ в окружающей среде Европы и Азии с некоторой информацией для других БАП», Chemosphere, Vol. 73, No. 2, pp. 223–241, 2008.
  16. А. Ковачи, С. Воорсполс, М. Абу-Эльвафа, Абдалла, Т. Гинс, С. Харрад и Р. Дж. Лоу, «Аналитические и экологические аспекты огнестойкого тетрабромбисфенола-А и его производных», Журнал хроматографии A, Vol. 1216, № 3, с. 346–363, 2009.
  17. Б.Шартель, А.И. Балабанович, У. Браун, У. Кнолль, Дж. Артнер, М. Чесельски, М. Деринг, Р. Перес, JKW Sandler, В. Альтштедт, Т. Хоффманн и Д. Поспих, «Пиролиз эпоксидных смол. и огнестойкость композитов на основе эпоксидной смолы, огнестойких с добавками 9,10-дигидро-9-окса-10-фосфенантрен-10-оксида », Journal of Applied Polymer Science, Vol. 104, No. 4, pp. 2260–2269, 2007.
  18. X. Wang, Y. Hu, L. Song, WY Xing, HD Lu, P. Lv, and G. Jie, «Огнестойкость и механизм термического разложения композитов эпоксидных смол на основе DOPO-замещенного фосфорорганического олигомера», Polymer, Vol. .51, № 11, с. 2435–2445, 2010.
  19. Х. Лю, С. Чжэн и К. Ни, «Морфология и термомеханические свойства органо-неорганических гибридных композитов, включающих эпоксидную смолу и неполностью конденсированный полиэдрический олигомерный силсесквиоксан», Macromolecules, Vol. 38, № 12, с. 5088–5097, 2005.
  20. L. Qian, Y. Qiu, N. Sun, M. Xu, G. Xu, F. Xin и Y. Chen, «Путь пиролиза нового антипирена, созданного из фосфафенантреновых и триазин-трионных групп, и его огнестойкости. влияние на эпоксидную смолу », Разложение и стабильность полимера, Vol.107. С. 98–105, 2014.
  21. W. Xu, A. Wirasaputra, S. Liu, Y. Yuan и J. Zhao, «Высокоэффективная огнестойкая эпоксидная смола, отверждаемая совместным отвердителем на основе DOPO», Polymer Degradation and Stability, Vol. 122, с. 44–51, 2015.
  22. Дж. Брус, М. Урбанова и А. Страхота, «Эпоксидные сетки, армированные полиэдрическим олигомерным силсесквиоксаном: структура и сегментная динамика, как изучено методом твердотельного ЯМР», Macromolecules, Vol. 41, № 2, с. 372–386, 2008.
  23. Р.Лю и X. Ван, «Синтез, характеристика, термические свойства и огнестойкость новой негорючей эпоксидной смолы на основе фосфазена», Polymer Degradation and Stability, Vol. 94, No. 4, pp. 617–624, 2009.
  24. Л. Беккер, Д. Ленуар, Г. Матушек и А. Кеттруп «Термическое разложение безгалогенных огнестойких эпоксидов и поликарбоната на воздухе», Журнал аналитического и прикладного пиролиза, Vol. 60, No. 1, pp. 55–67, 2001.
  25. М.Г. Печт, Л.Т. Нгуен, Э.Б. Хаким, «Микроэлектроника в пластиковом корпусе», Нью-Йорк: Джон Вили, 1994.
  26. Н. Кинджо, М. Огата, К. Ниш и А. Канеда, «Эпоксидные формовочные смеси в качестве герметизирующих материалов для микроэлектронных устройств», В: Специальные полимеры / Физика полимеров. Достижения в науке о полимерах, Vol. 88, стр. 1−48, Springer, Berlin, Heidelberg, 1989.
  27. М. Гузи, «Пластмассы для электроники», издательство Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1985.
  28. Э. В. Флик, «Эпоксидные смолы, отвердители, компаунды и модификаторы: промышленное руководство (2-е издание)», Noyes Publications, Парк-Ридж, Нью-Джерси, США, 1993.
  29. Н. Нимпуно, А. Макферсон и Т. Садик, «Экологизация бытовой электроники - уход от брома и хлора». Сентябрь 2009 г. По состоянию на 9 мая 2018 г. Доступно в Интернете: http://www.cleanproduction.org/static/ee_images/uploads/resources/NanYa -...
  30. «FR-4 PCB Materials», Sunstone Circuits, 2016. По состоянию на 9 мая 2018 г. Доступно в Интернете: http://www.sunstone.com/pcb-capabilities/pcb-manufacturing-capabilities / ...
  31. Л. С. Бирнбаум и Д. Ф. Стаскаль, «Бромированные антипирены: повод для беспокойства?» Перспективы гигиены окружающей среды, Vol.112, No. 1, pp. 9-17, 2004.
  32. T. Malkoske, Y. Tang, W. Xu, S.Yu и H. Wang, «Обзор распределения в окружающей среде, судьбы и контроля тетрабромбисфенола A, выделяемого из источников», Science of the Total Environment, Vol. 569-570, стр. 1608-1617, 2016.
  33. Б. Гош, М. К. Гош, П. Пархи, П. С. Мукерджи и Б. К. Мишра, «Вторичная переработка отработанных печатных плат: всесторонняя оценка текущего состояния», Journal of Cleaner Production, Vol. 94. С. 5–19. 2015.
  34. «График iNEMI для электроники без HFR и кабелей без ПВХ для ноутбуков и настольных ПК», Международная инициатива производителей электроники, 2010 г. Доступно в Интернете: http://thor.inemi.org/webdownload/projects/ELSC/HFR-Free_PVC- Free_Timeli ...
  35. А. Солер, Дж. А. Конеса и Н. Ортуньо, «Выбросы бромированных соединений и полициклических ароматических углеводородов во время пиролиза электронных отходов, дебромированных в субкритической воде», Chemosphere, Vol. 186, с. 167-176, 2017.
  36. Агентство по охране окружающей среды США, В: Агентство по охране окружающей среды США (ред.), Метод 5050, «Метод подготовки бомбы для твердых отходов», Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов, Вашингтон, округ Колумбия, SW-846, 1994.
  37. US EPA, In: US EPA (Ed.), Method 9056A, «Определение неорганических анионов с помощью ионной хроматографии», Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов, Вашингтон, округ Колумбия SW-846, 2000.
  38. Министерство окружающей среды и энергетики, Датское агентство по охране окружающей среды, План действий по бромированным антипиренам.Март 2001.
  39. М. Венсинг, «Измерение выбросов ЛОС и SVOC от компьютерных мониторов с камерой для испытаний на выбросы объемом 1 м3», Труды совместного международного конгресса и выставки, Электроника становится зеленой 2004+. Берлин, Германия, Штутгарт: Fraunhofer IRB Verlag, стр. 759–764, 2004.
  40. Выбросы и оценка химических веществ из выбранных электрических и электронных продуктов. Обследование № 32–2003, Датское EPA; Июнь 2003 г. Доступно в Интернете: http://www.mst.dk/chemi/01082601.htm.
  41. К. Воркамп, «Возникновение« новых »загрязнителей в морской биоте в Гренландии и Фарерских островах», Департамент химии окружающей среды и микробиологии, Национальный институт экологических исследований, Министерство окружающей среды Дании, 2005 г. Доступно в Интернете: http: // projects .amap.no / project / Occurence-of-New-Contaminants-in-Marine -....
  42. К. Воркамп, «Датская национальная программа мониторинга (NOVANA) - точечные источники», Департамент химии окружающей среды и микробиологии, Национальный институт экологических исследований, Министерство окружающей среды Дании, доступно в Интернете: http: // www2.dmu.dk/1_Om_DMU/2_akt-proj/abstractmvNav.asp?Anr=21-5575.
  43. Алисия Мортенсен, Кит Гранби, Фолмер Д. Эриксен, Томми Лихт Седерберг, Сорен Фриис-Вандалл, Ивонн Симонсен, Биргитте Брусбёль-Йенсен и Рикке Боннихсен, «Уровни и оценка риска химических загрязнителей в побочных продуктах кормов для животных в Дании», Журнал Наука и здоровье, Часть B: Пестициды, пищевые загрязнители и сельскохозяйственные отходы, Том. 49, №11, стр. 797-810, 2014.
  44. de Wit CA, "Обзор бромированных антипиренов в окружающей среде", Chemosphere, Vol.46, No. 5, pp. 583–624, 2002.
  45. Правительство концентрируется, "ЕС ограничивает использование бромированных антипиренов", Chemical & Engineering News, Vol. 79, № 38, с. 33, 2001.
  46. К. Шуберт, "Горение антипиренами", Science News, Vol. 160, № 15, с. 238, 2001.
  47. Правительство концентрируется, "ЕС ограничивает использование бромированных антипиренов", Chemical & Engineering News, Vol. 79, № 38, с. 33, 2001.
  48. К. Шуберт, "Горение антипиренами", Science News, Vol.160, № 15, с. 238, 2001.
  49. С. Дарнеруд, "Влияние ПБДЭ и ПХБ на уровни тироксина и ТТГ в крови у крыс и мышей", Organohalogen Compd, Vol. 29, pp. 316–319, 1996.
  50. J. R. Fowles, A. Fairbrother, L. Baecher-Steppan, N. I. Kerkvliet, "Иммунологические и эндокринные эффекты огнестойкого пента-БДЭ (DE-71) у мышей C57BL / 6J", Toxicology, Vol. 86, с. 49–61, 1994.
  51. I. Meerts, G. Marsh, I. van Leeuwen-Bol, E. Luijks, E. Jakobsson, Å. Бергман, А.Брауэр, «Взаимодействие метаболитов полибромированного дифенилового эфира (PBDE-OH) с транстиретином человека in vitro», 18-й симпозиум по галогенированным органическим загрязнителям окружающей среды, Organohal. Комп. Vol. 37, pp. 309–312, 1998.
  52. M. J. L. Guardia, R. C. Hale и E. Harvey, «Подробный состав конгенеров полибромдифенилового эфира (PBDE) широко используемых технических огнестойких смесей пента-, окта- и дека-PBDE», Environmental Science & Technology, Vol. 40, No. 20, pp. 6247-6254, 2006.
  53. «Руководство RoHS». Руководство по соответствию RoHS: правила, 6 веществ, исключения, WEEE. По состоянию на 22 июля 2016 г. Доступно на сайте: http://www.rohsguide.com/
  54. «Антипирены и ПВХ в электронике». - Коалиция за возвращение электроники. По состоянию на 22 июля 2016 г. Доступно на сайте: http://www.electronicstakeback.com/toxics-in-electronics/flame-retardant ...
  55. «Часто задаваемые вопросы о соответствии RoHS». Определение соответствия RoHS. По состоянию на 27 июля 2016 г. Доступно на сайте: http: // www.rohscompliancedefinition.com/rohs-compliance-faq.html
  56. API Technologies Corp. «Почему мне должны быть интересны инициативы RoHS и бессвинца?» По состоянию на 27 июля 2016 г. Доступно на сайте: http://apitech.com/product-classes/why-should-i-care-about-rohs-and-lead ...
  57. Р. Райт, «Роль наполнителей / армирующих добавок в термореактивных формовочных смесях», Региональная техническая конференция - Общество инженеров по пластмассам, стр. 83–92, 1992.
  58. М. М. Хан и Х. Фатеми, «Разрушение связи золото-алюминий, вызванное галогенированными добавками в эпоксидных формовочных смесях», Материалы Международного симпозиума по физике надежности IEEE, стр.420–428, 1986.
  59. Л. Т. Нгуен, Р. Х. Й. Ло, А. С. Чен и Дж. Г. Белани, «Тенденции в области формования компаундов в мире более плотной упаковки: квалификационные тесты и проблемы надежности», IEEE Transactions on Reliability, Vol. 42, No. 4, pp. 518–35, 1993.
  60. П. Маккласки, Р. Мунамарти и М. Г. Пехт, «Попкорнинг в корпусах PBGA во время пайки оплавлением инфракрасным излучением», Microelectronics International, стр. 20–23, 1997.
  61. А. Хейл, М. Гарсия, К. В. Макоско и Л. Т. Манционе, «Моделирование спирального потока формовочной смеси эпоксидно-новолачного типа с наполнителем», Труды SPE ANTEC, стр.796–799, 1989.
  62. Л. Т. Нгуен, С. А. Джи, М. Р. Джонсон, Х. Э. Гримм, Х. Берарди и Р. Л. Уолберг, «Влияние покрытий штампа, составов форм и условий испытаний на отказы от циклического изменения температуры», IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies - Part A, Vol. 18, No. 1, pp. 15–22, 1995.
  63. Е. А. Салливан, «Термическое разложение систем эпоксидных новолакфенолформальдегидных новолачных смол», Journal of Applied Polymer Science, Vol. 42, No. 7, pp. 1815–1828, 1991.
  64. Д. Дж. Белтон, Е. А. Салливан и М. Дж. Молтер, «Явление переноса влаги в эпоксидных смолах для приложений микроэлектроники», в: Полимерные материалы для упаковки и соединения электроники, Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 286–320, 1989.
  65. J. S. Wang, Y. Liu, H. B. Zhao, J. Liu, D. Y. Wang, Y. P. Song и Y. Z. Wang, «Повышенная огнестойкость вспучивающихся эпоксидных смол, содержащих полифосфат аммония, с добавлением металлических соединений», Polymer Degradation and Stability, Vol.94, No. 4, pp. 625–631, 2009.
  66. W. S. Chow и S. S. Neoh «Динамические механические, термические и морфологические свойства обработанных силаном монтмориллонитовых поликарбонатных нанокомпозитов», Journal of Applied Polymer Science, Vol. 114, № 6, с. 3967–3975, 2009.
  67. World Flame Retardants, Industry Study 3258, Thr Freedonia Group, февраль 2015 г. https: //www.freedoniagroup.com/industry-study/world-flame-retardants-325 ...
  68. Глобальный рынок антипиренов, 6-е издание, отраслевое исследование 3499, Thr Freedonia Group, февраль 2017 г.https: //www.freedoniagroup.com/industry-study/global-flame-retardants-ma ...
  69. С. Дж. Орм, Дж. Р. Клаен, М. К. Харруп, Р. П. Лэш и Ф. Ф. Стюарт, «Характеристика 2- (2-метоксиэтокси) этанол-замещенных фосфазеновых полимеров с использованием первапорации, параметров растворимости и исследований сорбции», Journal of Applied Polymer Science, Vol. 97, стр. 939–945, 2005.
  70. Н. Лежен, И. Дез, П. А. Джафрес, Дж. Ф. Лойер, П. Дж. Мадек и Дж. Сопкова-де Оливейра Сантос, «Синтез, кристаллическая структура и термические свойства фосфорилированных циклотрифосфазенов», Европейский журнал неорганической химии, Vol.1. С. 138–143, 2008.
  71. У. Браун, Б. Шартель, М. А. Фичера и К. Ягер, «Механизмы огнестойкости фосфината алюминия в сочетании с полифосфатом меламина и боратом цинка в полиамиде 6.6, армированном стекловолокном», Разложение и стабильность полимеров, Vol. 92, стр. 1528–1545, 2007.
  72. К. Н. Субраманиан, «Бессвинцовые припои: надежность материалов для электроники», John Wiley & Sons, Ltd, 2012. Доступно в Интернете: http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/9781119966203
  73. Д. Шангуань, «Надежность межсоединений с использованием бессвинцовой пайки», ASM International, 2005.
  74. Х. Д. Соломон, «Усталость припоя 60/40», IEEE Trans. Компон. Гибриды Производство. Technol., Vol. ЧМТ-9, стр. 423–432, 1986.
  75. J-P. Клех, Дж. К. Мэнок, Д. М. Ноктор, Ф. Э. Бадер и Дж. А. Аугис, «Комплексная модель надежности для поверхностного монтажа: предпосылки, проверка и приложения», In Proc. 40-я конференция "Электронные компоненты и технологии", стр.62–70, 1993.
  76. "Что означает" безгалогеновый "?" 4 апреля 2014 г. По состоянию на 18 июля 2016 г. Доступно на сайте: http://barcode-labels.com/what-does-halogen-free-mean/
  77. W. Zhang, X. He, T. Song, W. Jiao и R. Yang, «Влияние антипирена на основе фосфора на огнестойкость эпоксидных смол», Polymer Degradation and Stability, Vol. 109, стр. 209–217, 2014.
  78. Х. Ф. Чжун, П. Вэй, П. К. Цзян и Г. Л. Ван, «Поведение при термическом разложении и огнестойкость PC / ABS с новым кремнийсодержащим антипиреном», Fire Materials, Vol.31, стр. 411–423, 2007.
  79. С. Ю. Лу и И. Хамертон, "Последние достижения в химии безгалогенных огнестойких полимеров", Progress in Polymer Science, Vol. 27, стр. 1661–712, 2002.
  80. Б. Шартель, У. Браун, А. И. Балабанович, Дж. Артнер, М. Чесельски, М. Деринг, Р. М. Перес, JKW Сандлер и В. Альтштедт, «Пиролиз и поведение при пожаре эпоксидных систем, содержащих новый 9,10-дигидро Диаминоотвердитель на основе -9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксида (ДОПО) », European Polymer Journal, Vol.44, с. 704–715, 2008.
  81. J. Artner, M. Ciesielski, O. Walter, M. Döring, RM Perez, JKW Sandler, V. Altstädt и B. Schartel, «Новый диамин на основе DOPO в качестве отвердителя и антипирена для систем эпоксидных смол», Macromolecular Материалы и инженерия, Vol. 293, стр. 503–514, 2008.
  82. X. Wang, Y. Hu, L. Song, WY Xing и HD Lu, «Поведение при термическом разложении гибридов эпоксидной смолы / POSS и фосфор-кремниевый синергизм огнестойкости», Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, Vol. .48. С. 693–705, 2010.
  83. Х. Т. Лин, К. Х. Лин, Ю. М. Ху, и В. С. Су, «Подход к разработке эпоксидных смол с высоким Tg для безгалогенных ламинатов, плакированных медью», Polymer, Vol. 50, стр. 5685–5692, 2009.
  84. В. С. Лю, З. Г. Ван, Л. Сюн и Л. Н. Чжао, «Жидкие циклоалифатические эпоксидные смолы, содержащие фосфор, для перерабатываемых экологически чистых упаковочных материалов для электронных устройств», Polymer, Vol. 51, стр. 4776–4783, 2010.
  85. C. H. Lin, C. C. Feng и T. Y. Hwang, «Получение, термические свойства, морфология и микроструктура фосфорсодержащих нанокомпозитов эпоксид / SiO2 и полиимид / SiO2», European Polymer Journal, Vol.43, стр. 725–742, 2007.
  86. X. D. Qian, L. Song, Y. Hu, R. K. K. Yuen и L. J. Chen, «Механизм горения и термического разложения нового вспучивающегося антипирена для эпоксиакрилата, содержащего фосфор и азот», Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 50, стр. 1881–1892, 2011.
  87. С. Бурбиго, Б. М. Ле, С. Дюкен и М. Рошери, «Последние достижения в области вспучивающихся полимеров», Макромолекулярные материалы и инженерия, Vol. 289, с. 499–511, 2004.
  88. BB Wang, QL Tai, SB Nie, KQ Zhou, QB Tang, Y. Hu, and L. Song, «Сшивка электронно-лучевым облучением безгалогенового огнестойкого сополимера этиленвинилацетата (EVA) с помощью микрокапсулированного полифосфата аммония силикагеля и обугливающий агент », Исследования в области промышленной и инженерной химии, Vol. 50, стр. 596–605, 2011.
  89. X. Li, Y. X. Ou, и Y. S. Shi, «Поведение при горении и свойства термического разложения эпоксидных смол с отвердителем, содержащим бициклический фосфат в клетке», Polymer Degradation and Stability, Vol.77, стр. 383–390, 2002.
  90. X. Wang, Y. Hu, L. Song, WY Xing, HD Lu, P. Lv, and G. Jie, «Влияние триазинового кольца, содержащего обжигающий агент, на огнестойкость и термическое разложение вспучивающихся огнестойких эпоксидных смол», Полимеры для передовых технологий. 22. С. 2480–2487, 2011.
  91. .
  92. П. Гамильтон, Дж. Брист, Б. Гай, младший, и Дж. Шредер, «Зависимые от влажности потери в подложках для печатных плат», в Proc. IPC Printed Circuit Expo, февраль 2007 г.
  93. С. Тисдейл, Дж.Давиньон, С. Холл, М. Леддиге, С. Хинага и Д. Сенк, «Проект лидерства iNEMI без HFR: исследование для выявления технологических ограничений, связанных с переходом на материалы для печатных плат без HFR», в: 2012 Electronics Goes Green 2012+, стр. 1–8, IEEE, 2012.
  94. Л. Ма, Б. Суд и М. Пехт, «Влияние влаги на тепловые свойства безгалогенных и галогенированных ламинатов для печатных плат», IEEE TRANSACTIONS ON DEVITION AND MATERIALS HELIABILITY, Vol. 11, No. 1, pp. 66-75, 2011.
  95. Т. Л. Уэлшер, Дж. П. Митчелл и Д. Дж. Ландо, «CAF в композитных подложках для печатных схем: характеристика, моделирование и стойкий материал», Физика надежности, 18-е Ежегодное издание, стр. 235–237, 1980.
  96. Б. Рудра, М. Печт и Д. Дженнингс, «Оценка времени до отказа из-за образования проводящих волокон в многослойных органических ламинатах», IEEE Trans. Compon., Packag., Manuf. Technol. B, Vol. 17, No. 3, pp. 269–276, Aug. 1994.
  97. М. Печт, Х.Ардебили, А. А. Шукла, Дж. К. Хагге и Д. Дженнингс, «Попадание влаги в органические ламинаты», IEEE Trans. Компон. Packag. Technol., VolVol. 22, №№ 1. С. 104–110, март 1999 г.
  98. Т. Дженсен и Р. Ласки, «Проблемы внедрения процесса сборки печатных плат без использования галогенов», Конференция IPC APEX EXPO, Ютика, штат Нью-Йорк, 2008 г. Доступно в Интернете: http://www.circuitinsight.com/pdf/halogen_free_pcb_assembly_ipc.pdf.
  99. С. Тисдейл, Дж. Б. Лонг, Р. Краббенхофт, К. Папатомас и Т. Фишер, «Отчет об оценке материалов ПХБ, не содержащих бромированных огнестойких добавок iNEMI», SMTA International, Орландо, Флорида, 21 августа 2008 г.(http: //thor.inemi.org/webdownload/newsroom/Presentations/BFR-Free/BFR-Fr ...)
  100. Дж. Н. Лати, Р. Х. Делани и Дж. Н. Хайнс, «Характерный процесс износа в печатных схемах из эпоксидного стекла для электронных корпусов высокой плотности», Физика надежности, 17-е Ежегодное издание, стр. 39–43, 1979.
  101. Д. Дж. Ландо, Дж. П. Митчелл и Т. Л. Велшер, "Проводящие анодные волокна в армированных полимерных диэлектриках: формирование и предотвращение", Физика надежности, 17-е ежегодное издание, стр.51–63, 1979.
  102. Т. Л. Уэлшер, Дж. П. Митчелл и Д. Дж. Ландо, «CAF в композитных подложках для печатных схем: характеристика, моделирование и стойкий материал», Физика надежности, 18-е Ежегодное издание, стр. 235–237, 1980.
  103. L. J. Turbini, W. R. Bent и W. J. Ready, "Влияние высокоплавких бессвинцовых припоев на надежность печатных монтажных узлов", J. Surf. Mount Tech. С. 10–14, 2000.
  104. Э. Келли, "Оценка влияния процессов сборки без свинца на основной материал и надежность печатной платы", Труды конференции IPC APEX, стр.С16-2-1, 2004.
  105. К. Заутер, «Результаты испытаний на электрохимическую миграцию: оценка дизайна печатной платы, производственного процесса и влияния ламината на сопротивление CFF», CircuiTree, 2002.
  106. Б. Суд и М. Пехт, «Формирование проводящей нити в печатных платах: влияние условий оплавления и антипиренов», J Mater Sci: Mater Electron, Vol. 22. С. 1602–1615, 2011.
  107. IPC, "Дорожная карта международных технологий для электронных межсетевых соединений на IPC APEX Expo, 31 марта - 2 апреля, Лас-Вегас, Невада, 2009 г."
  108. J. A. Augis, D. G. DeNure, M. J. LuValle, J. P. Mitchell, M. R. Pinnel и T. L. Welsher, "Порог влажности для токопроводящих анодных нитей в печатных монтажных платах из эпоксидного стекла", 3-я Международная конференция SAMPE Electronics, стр. 1023–1030, 1989.
  109. Б. С. Рудра и М. Г. Печт, "Оценка времени до отказа из-за образования проводящих волокон в многослойных органических ламинатах", Packag. Manuf. Tech. Часть B, Vol. 17, No. 3, pp. 269–276, 1994.
  110. М.Ли, К. Гохари и М. Пехт, "Влияние циклического изменения температуры и влажности на печатные монтажные платы FR-4, бисмалеид триазин и цианатный эфир", 7-я Международная конференция SAMPE Electronics - Обработка критических материалов в меняющемся мире, стр. 446 –457, 1994.
  111. М. Печт, А. Хале, А. Шукла, Дж. Хагге и Д. Дженнингс, «Попадание влаги в органические ламинаты», IEEE Trans. Комп. Packag. Tech, Vol. 22, No. 1, pp. 104–110, 1999.
  112. В. Уильям, «Электропроводящие анодные нити стойкие смолы», Материалы выставки IPC Printed Circuits Expo, 2002.
  113. У. Дж. Риди, Л. Дж. Турбини, С. Р. Сток и Б. А. Смит, «Усиление проводящей анодной нити в присутствии полигликольсодержащего флюса», IEEE International Reliability Physics Proceedings, стр. 267–273, 1996.
  114. Институт межкомпонентных соединений и упаковки электронных схем, "Время до расслоения посредством TMA", Нортбрук, Иллинойс, декабрь 1994 г., IPC-TM-650 2.4.24.1.
  115. П. Гамильтон, Дж. Брист, Б. Гай, младший, и Дж. Шредер, «Зависимые от влажности потери в подложках для печатных плат», в Proc.IPC Printed Circuit Expo, февраль 2007 г. [Интернет]. Доступно: http://www.ipc.org/ContentPage.aspx?
  116. pageid = IPC-Honors-Best-Papers-at-IPC-Printed-Circuits-Expo-APEXand-the-Designers-Summit
  117. Х. Чжао и Р. К. Й. Ли, «Влияние водопоглощения на механические и диэлектрические свойства нанокомпозитов на основе нанооксида алюминия, наполненных эпоксидной смолой», Композиты: Часть A, Прил. Sci. Manuf., Vol. 39, No. 4, pp. 602–611, Apr. 2008.
  118. К. Маггана и П. Писсис, «Исследования сорбции и диффузии воды в системе эпоксидной смолы», J.Polym. Sci. А, Полим. Chem., Vol. 37, No. 11, pp. 1165–1182, 1999.
  119. Мой П. Мой и Ф. Э. Караш, «Взаимодействие эпоксидной смолы с водой», Polym. Англ. Sci., Vol. 20, No. 4, pp. 315–319, март 1980 г.
  120. С. Луо, Дж. Лейзен и К. П. Вонг, «Исследование подвижности воды и полимерной цепи в эпоксидной смоле и ее влияния на адгезию», J. Appl. Polym. Sci., Vol. 85, No. 1, pp. 1–8, Jul. 2002.
  121. E. L. McKague, Jr., J. D. Reynolds, J. E. Halkias, «Отношения набухания и стеклования для материалов с эпоксидной матрицей во влажных средах», J.Appl. Polym. Sci., Vol. 22, No. 6, pp. 1643–1654, июнь 1978 г.
  122. E. S. W. Kong и M. J. Adamson, "Физическое старение и его влияние на сорбцию влаги эпоксидной смолой, отвержденной амином", Polym. Commun., Vol. 24. С. 171–173, 1983.
  123. Дж. М. Чжоу и Дж. П. Лукас, «Гигротермические эффекты эпоксидной смолы, часть I: природа воды в эпоксидной смоле», Polymer, Vol. 40, No. 20, pp. 5505–5512, Sep. 1999.

По вопросам о безгалогенной электронике обращайтесь к профессору Майклу Пехту.

галогенных ламп | Галогенные лампы

Галогенные лампы | Галогенные лампочки | Компоненты RS

Галогенные лампы

Галогенная лампа - это электрический свет, который относится к семейству ламп накаливания, которые обычно состоят из герметичного корпуса (обычно из термостойкого стекла), содержащего вольфрамовую нить и смесь инертных и галогенных газов. Галогенные лампы включают различные типы галогенных ламп, включая свечи, линейные и капсульные лампы, лампы для автомобильных фар, дихроичные лампы и лампы с отражателем.У нас есть продукты нескольких ведущих в отрасли брендов, включая Osram, Orbitec, Sylvania, Philips, GE и RS PRO.

Как работают галогенные лампы?

Когда электрический ток протекает через вольфрамовую нить накала в лампочке, она горит так сильно, что дает белый свет. Галогенные лампы работают исключительно потому, что смесь газов внутри стекла защищает нить накала, предотвращая ее выгорание так быстро, как если бы этот процесс проводился за пределами герметичного корпуса.Поскольку традиционные лампы накаливания GLS постепенно выводятся из употребления, галогенные лампы являются ближайшим аналогом, обеспечивающим аналогичный световой поток.

Преимущества

  • Галогенные лампы - самые дешевые энергосберегающие лампы, хотя и не самые энергоэффективные.
  • Галогенные лампы достигают полной яркости, как только они включаются.
  • Галогенные лампы имеют регулируемую яркость при использовании с подходящие переключатели, в отличие от некоторых светодиодных и КЛЛ освещения.
  • Галогенные лампы обычно имеют высокий показатель CRI (индекс цветопередачи), что делает их идеальными для применений, в которых важен цвет.

Недостатки

< ul>
  • Будьте осторожны при замене галогенных ламп или обращении с ними. Если жир или грязь с кончиков пальцев попадет на стекло, на нем могут остаться следы. Отложения могут вызвать неравномерный нагрев во время использования лампы, сокращая ожидаемый срок службы.
  • Галогенные лампы имеют гораздо более короткий срок службы по сравнению с другими энергосберегающими лампами.В обычных условиях ожидаемый срок службы галогена составляет около 2000 часов. Со светодиодными лампами вы ожидаете увидеть 25 000 часов, а CFL - около 10 000.
  • Более высокие мощности постепенно сокращаются.
  • Для чего используются галогенные лампы? < / h3>

    Галогенные лампы используются в самых разных сферах и отраслях промышленности, включая лампы для автомобильных фар, освещение рабочих кабинетов и внутреннее / внешнее освещение.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *