Срок службы сверхярких светодиодов. причины отказов

12.12.2016 / Электрика / Теги: , ,

ведение в понятия «отказов» и «рабочего срока» светоизлучающих диодов

Большинство производителей светоизлучающих диодов говорят время службы до 100000 часов постоянной работы. Но все таки, данная цифра вводит в недоразумение, и в большинстве случаев обуславливается от качественных свойств продукции, от условий ее применения, а еще от параметров оценки надежности светоизлучающих диодов.

Даже при эксплуатации качественных элементов, сокращение потока света неминуемо — это связанно с большим количеством факторов, например как условиями отвода тепла, температуры воздуха и вентиляции, влаги и прочих показателей. Эксплуатационные условия, например значение и нестабильность тока могут еще значительно уменьшить время службы. реальный момент нет никаких параметров, определяющих время службы и параметры надежности для светоизлучающих диодов, хотя и есть предложения авторитетных организаций считать служебным сроком время, в течении которого поток света деградирует до некоторого значения (30%) от начальной величины. Некоторые компании выбрали создать свои способы прогнозирования рабочего срока и надежности на основе данных, приобретенных от покупателей, но ограниченный объем продукции множества поставщиков мешает матереализации этого подхода.

Хотя во многих случаях свойства светоизлучающих диодов ухудшаются поэтапно, еще наблюдались неожиданные отказы из-за роста дислокаций с периферии энергичной области, поломки p-n-перехода, роста дислокаций с окисленного торца или переходной области, делящей торец и диэлектрическое покрытие, и катастрофического оптического повреждения. о-вторых, потребители, работающие со светоизлучающими диодами, давно убедились, что их надежность, а именно в части скорости деградации, нередко обуславливается от поставщика элементов. Знание данных 2-ух твёрдых противопоказаний потребует выработки тестов на долговечность на основе фундаментального понимания механизмов отказа.

Классификация ключевых отказов

Потребители, работающие со светоизлучающими диодами, в большинстве случаев формируют уровень выходной мощности, при котором вся система поломается, и потом применяют физические модели для прогнозирования времени наработки на отказ. Четкое обозначение отказа считается наиболее критическим местом, и многие производители и покупателей имеют свое мнение о том, когда оптоэлектронный прибор можно считать ушедшим из строя. Один из способов определения отказа состоит в том, чтобы закрепить ток и наблюдать за выходной мощностью прибора, считая прибор неработоспособным при падении выходной мощности ниже конкретного уровня (в большинстве случаев от 20% до 50 %) от исходной величины.

Иной способ построен на контроле падения выходной мощности прибора и его компенсации путем повышения управляющего тока. Когда правящий ток может достигать конкретной относительной величины (30%) прибор считается ушедшим из строя. Некоторые механизмы отказа и недостатки тоже способны предпринять выход из строя светоизлучающих диодов. Профессионалы по надежности не должны фокусироваться исключительно на влиянии температуры и плотности тока, потому что этот подход может привести к неверному отбору продуктов.

Деградация энергичной области

Излучение света в светоизлучающем диоде выполняется в результате рекомбинации инжектированных носителей в энергичной области. Зарождение и рост дислокаций, еще как преципитация узловых атомов, ведет к деградации внутренней части данной области. Данные процессы могут осуществиться только если есть наличие дефекта кристаллической структуры; большая плотность инжектированного тока, подогрев из-за инжектированного тока и тока утечки, а еще испускаемый свет ускоряют формирование дефекта. ыбор материала еще имеет большое значение, так как система algaas/gaas намного более чувствительна к этому механизму отказа, чем система ingaas (P)/inp. Система ingan/gan (для зеленого и голубого излучения) невосприимчива к недостаткам, аналогичным вышеописанным. активных областях данных диодов встречаются обыкновенные p-n-переходы, установленные гетероструктуры и бесчисленные квантовые ямы.

  Светодиодные телевизоры против светодиодных ламп

На границах раздела подобных структур неминуемы перемены химического состава либо даже показателей решётки. При большом уровне инжекции химические элементы могут мигрировать путем электромиграции в иные области. Изменения структуры порождают кристаллические недостатки наподобие дислокаций и точечных недостатков, которые ведут себя как неизлучающие центры, мешающие естественной излучающей рекомбинации и в результате генерирующие добавочное тепло в середине энергичного слоя.

Деградация электродов

Деградация электродов в светоизлучающих диодах как правило имеет место на электроде р-области (в большинстве случаев прибор состоит из подложки n-типа, и электрод р-области вырабатывается вблизи энергичной области прибора). Главная причина деградации электрода состоит в диффузии металла во внутреннюю область (говоря иначе периферийная диффузия) полупроводника. Диффузия увеличивается с повышением инжектированного тока и температуры. К несчастью, подобрать тот который идеально подходит материал для омического контакта к р-области систем ingan/gan не легко из-за приличной ширины запрещенной территории gan р-типа.

Благодаря тому, что электрод должен владеть низким показателем обоюдной диффузии составляющих, инженеры порой используют барьерный слоя для подавления эффектов электромиграции. Трудности с токовым насыщением в мощных светоизлучающих диодах более серьезны. Для решения данных проблем инженерам необходимо улучшить конструкцию электрода и вертикальную составляющую электротока. Электроды из некоторых материалов, например как светопрозрачный проводящий оксид индия-олова (ITO), или отражающих металлов (серебро) склонны к таким проблемам как электромиграция и термическая нестабильность.

Деградация рабочей кромки считается большой проблемой для светоизлучающих диодов на algaas/gaas, излучающих заметный свет, но нехарактерна для светоизлучающих диодов диодов на ingaasp. Окисление путем фотохимических реакций ведет к увеличенным значениям порогового тока и, исходя из этого, уменьшению времени жизни светоизлучающего диода. Иным типом отказа рабочей кромки считается говоря иначе ужасающий оптический недостаток (КОД) — когда значение световой энергии превосходит конкретный уровень и рабочая кромка начинает плавиться. Отказ оптоэлектронных приборов, в обыкновенных условиях устойчивых к деградации рабочей кромки, может быть инициирован повреждениями при отделке, сторонними загрязнения и дефектами материала.

Термическая деградация

Кол-во тепла, выделяющееся во время работы светоизлучающих диодов, потребует их монтажного процесса на отопительный прибор или теплопоглощающую подводную лодку, нередко при помощи припоя. Если каверны в припое делают условия для недостаточного отвода тепла, появляющиеся горячие точки приводят тепловой деградации и отказу. Тепловая деградация из-за каверн в припое нередко доминирует в светоизлучающих диодах в первые 10000 часов работы. Образование каверн в припое может происходить из-за нарушение условий отделки или диффузии металла на границе раздела (каверны по киркендаллу). Еще образование каверн может происходить из-за электромиграции.

Когда в металле течет очень большой ток, вакансии и ионы металлов мигрируют к противоположным полюсам, приводя к появлению каверн (вакансии), кристаллов, бугорков и вискеров. Рост вискеров, который может начаться под воздействием внутренних стрессов, температуры, влаги и специфик материала, в большинстве случаев выполняется на границе между припоем и отопительным прибором и может вызвать короткое замыкание.

Электростатический разряд и электрическая перегрузка

Полупроводники восприимчивы к недостаткам, вызванным электростатическим разрядом (ЭСР). идами отказа из-за ЭСР имеют место быть неожиданный отказ, параметрические сдвиги или внутреннее повреждение, приводящее к деградации в процедуре следующей эксплуатации. Благодаря действующим нормам, чувствительность светоизлучающих диодов к ЭСР должна быть больше 100 при тестировании на модели тела человека. Пробой из-за перегрузки и ЭСР считаются значительной трудностью для светоизлучающих диодов. Порой изготовители применяют диод зинера или барьер шотки с целью достижения конкретного класса по ЭСР. Большое количество коммерческих ingan/gan светоизлучающих диодов вырабатывается на сапфировых подложках, которые не имеют электрической проводимости. Это ведет к возникновению остаточного электрического заряда в приборе, что его выполняет более чувствительным к повреждениям, вызванным электростатическим разрядом и перегрузкой.

  Возможности светодиодов для архитектурного освещения

Термическая утомленность и замыкание

Разность в коэффициенте термического увеличения у скреплённых частей и припоя ведет к возникновению механических стрессов на шаге изготовления, связанного с термоциклированием, которые как правило вызывают расслоение в скреплённых частях. Когда мощный прибор подвергается циклической нагрузке, поведение приборов, сделанных, к примеру, с применением твёрдого припоя и мягкого припоя, может различаться. Термическая утомленность в большинстве случаев встречается в приборах, сделанных с применением мягкого припоя, тогда как устройства, сделанные с применением твёрдого припоя, стабильны при циклической термической нагрузке. Порой неподходящий припой и инновационный контроль может вызвать короткое замыкание в приборе. Благодаря относительно высокой смачиваемости, припой на основе олова может перелиться через край контактной площадки и создать закоротку. Отказы, связанные со установкой в корпус, могут вызываться герметиком, электродными выводами и фосфором.

Термические напряжения в герметике считаются наиболее частой основой отказа в светоизлучающих диодах. Если — вследствии электрической перегрузки или большой внешней температуры — температура корпуса может достигать температуры перехода стеклянного наполнителя герметика (tg), смола начинает быстро увеличиваться. Разность в коэффициенте термического увеличения внутренних элементов светоизлучающего диода может привести к ударам царапинам и так далее. При очень малых температурах может случиться растрескивание эпоксидной композиции, из которой сделаны линзы. ысокая температура, вызванная внутренним нагревом и неизлучающей рекомбинацией, и достигающая 150 С, ведет к пожелтению эпоксидной композиции, что в результате меняет выходную оптическую мощность или окрас излучаемого света. Если индекс преломления герметика не отвечает индексу преломления полупроводникового мате-риала, индуцированный свет остается в полупроводнике, из-за чего появляется добавочный тепловой источник. результате перегрева эпоксидной композиции может происходить разрыв или отделение электродного вывода и понижение прочности соединения кристалла с подложкой. Данные проблемы со своей стороны приводят к отслоению кристалла и эпоксидной композиции.

Механичные напряжения, вызванные свинцовыми проводниками считаются еще одной основой, благодаря которой в приборе может возникнуть обрыв. Нарушение требований к давлению, положению и назначению в процедуре пайки выводов может привести к возникновению механических стрессов при нормальной рабочей температуре и изгибанию выводов в опасной близости от кристалла светоизлучающего диода. Большое количество белых светоизлучающих диодов применяют жёлтый или красный/зеленый светонакопительный пигмент светящийся в темноте, которые склонны к термической деградации. Когда изготовители перемешивают два или более разных неорганического люминесцентного пигмента, составляющие обязаны иметь сравнимое время жизни и характер деградации для обеспечения насыщенности цвета. Температура цвета и чистота цвета неорганического люминесцентного пигмента еще деградируют на протяжении какого-то времени.

К.Т.Н. Годовицын И. .

Столичный казенный ВУЗ электронной техники


Добавить комментарий