LED élettartam és a hiba oka
Az empirikus előrejelzési módszerek egyáltalán nem tekinthetők megbízhatónak az optoelektronikai eszközök megbízhatósága tekintetében. Végül is a leggyakoribb esetek, amikor a berendezés meghibásodik, a működés során fokozatosan csökken a kapacitás. A meglévő szabványok többsége pedig az állandó hibaarányok terminológiáját használja. Természetesen a legtöbb esetben a LED-ek jellemzői fokozatosan romlanak. De vannak olyan esetek, váratlan meghibásodása miatt zavar növekedése a perifériáról az aktív régió, megsemmisítés p-n átmenetet az oxidált diszlokáció növekedési végén, vagy egy közbenső régió, amely elválasztja a homlokfelület és a dielektromos bevonat és az optikai helyrehozhatatlan károkat. Ráadásul a LED-ekkel foglalkozó fogyasztók régóta rájöttek, hogy megbízhatóságuk (különösen a lebomlás üteme tekintetében) gyakran az alkatrész-szállítótól függ.
A hiba helyes definíciója - a legproblematikusabb pont, sok gyártó és felhasználó maga határozza meg, mikor az optoelektronikus eszköz használhatatlanná vált. A hiba további észlelésének módja az áram beállítása és a készülék kimeneti teljesítményének megfigyelése, felismerve, hogy az eszköz sikertelen, ha a teljesítmény alacsonyabb, mint az elfogadott pont (általában az eredeti érték 20-50% -a). Egy másik módszer a készülék kimeneti teljesítményének és a visszanyerésnek a vezérlőáram növelésével történő megfigyelésén alapul. Amint a vezérlőáram eléri a kívánt értéket (mondjuk 50%), az eszköz működésképtelennek tekinthető. Bizonyos meghibásodási mechanizmusok és hátrányok is lehetnek a LED-ek meghibásodásának okai.
A megbízhatósági szakértők nem csak a hőmérséklet és az áramsűrűség hatásaira összpontosítanak, mivel ez a nézet a termékek hibás kiválasztásához vezethet.
A LED meghibásodásának okai
1. A LED-ek aktív tartományának lebomlása
A LED fénykibocsátást ad az injektált hordozók újraelosztása miatt az aktív tartományban. A diszlokációk megjelenése és növekedése, valamint a csomó atomok kicsapódása a tér belső részének megsértéséhez vezet. Ilyen jelenség akkor fordulhat elő, ha a kristályszerkezet megszakad. Az injektált áram nagy sűrűsége, a befecskendezett áram és a szivárgó áram és a kibocsátott fény okozta hőmérséklet-emelkedés a hiba kialakulásának növekedéséhez vezet. Nagyon fontos a LED-ek gyártásához használt anyag. Például az ALGaAs / GaAs rendszer sokkal érzékenyebb ez a meghibásodási mechanizmusra, mint az InGaAs (P) / InP rendszer.
Az InGaN / GaN rendszer (a kék és zöld LED-ekhez) szinte hajlékony a hibákhoz. Az aktív régiókban egyszerű p-n átmeneteket, beépített heterostruktúrákat, több kvantumdepletet találhatunk. Az ilyen struktúrák összekapcsolásának határain szükségszerűen megváltozik a rács kémiai összetétele vagy jellemzői. A nagy mennyiségű injektálással a kémiai elemek elektromigrációval átvihetők más területekre. A struktúrában bekövetkezett változások kristály zavarokhoz vezetnek, mint pl. A diszlokációk és a ponthibák, amelyek nem besugárzó központokká válnak. Késik a természetes sugárzó újraelosztást, és végső soron további hőt termelnek az aktív rétegben.
2. Az elektródák lebomlása
Az elektródák lebomlása a LED-ekben leggyakrabban a P-régió elektródánál fordul elő (rendszerint az eszköz n-típusú szubsztrátot tartalmaz, és a p-régió elektróda a LED aktív tartománya mellett van kialakítva). Az eszköz degradációjának fő tényezője a fém diffúziója a félvezető belső tartományába (ez a perifériás diffúzió is). A diffúzió növekszik az injektált áram és a hőmérséklet növelésével.
Nagyon nehéz kiválasztani az optimális anyagot az ohmikus érintkezéshez az InGaN / GaN LED p-régiójához a p-típusú GaN tiltott sáv nagy szélessége miatt. Az elektródnak kisebbnek kell lennie az összetevők kölcsönös diffúziójával. Ehhez a szakemberek gyakran használják a záróréteget az elektromágneses jelenségek megszüntetésére. A nagyfeszültségű félvezetők jelenlegi megvilágításának problémái bonyolultabbak. Megoldásukhoz szükség van a LED-elektród és a villamos áram függőleges elemének megfelelő kialakításának kiválasztására. Egyes anyagok elektródái, például az átlátszó vezető indium-ón-oxid (ITO) vagy a fényvisszaverő fémek (ezüst), elektromágneses és hőmérséklet-instabilitást mutatnak.
A munkaterület sérülése nagy probléma az AlGaAs / GaAs LED-ek számára, amelyek látható fényt bocsátanak ki, de nem azonos az InGaAsP LED-jein. A fotokémiai reakciókból származó oxidáció a küszöbérték küszöbértékének növekedését eredményezi, és ennek következtében a LED élettartamának lerövidítése. A munkaterület másik típusú törése lehet az úgynevezett katasztrofális optikai hiba (RCD). Ebben az esetben a fényenergia teljesítménye meghaladja a beállított szintet, és a munkaéle megolvad. Az optoelektronikus készülékek meghibásodása a perem bomlását érzéketlen körülmények között, a feldolgozás során keletkező zavarok, az idegen szennyeződések és az anyag magában rejlő hiányosságai okozhatják.
3. Hőbomlás.
A forraszanyag barlangok által okozott termikus lebomlás gyakran előfordul a félvezetőkben az első 10 000 üzemórában. A LED által a működés közben működés közben kibocsátott hőmennyiség forraszanyaggal történő felszereléséhez radiátorra vagy hőelnyelő aljzatra van szükség. Ha a forraszanyag barázdái megzavarják az optimális hőelvonást, a keletkező forró pontok hőbomláshoz vezetnek, ami kudarchoz vezet. A forraszanyag barlangok kialakulásának oka lehet a feldolgozási körülmények vagy a fémek diffúziója a közös határon (úgynevezett Kirkendall barlangok). Ezenkívül az elektromigráció a barlangok kialakulásához vezethet. Ha elegendően nagy áram áthalad a fémen, akkor az üresedések és a fémionok az ellenkező pólusok felé mozognak, ami barlangok (üresedések), kristályok, tubercles és whiskers kialakulásához vezet. A bajuszok növekedését a belső feszültségek, a hőmérséklet, a páratartalom és az anyag sajátosságai okozhatják. Általában a forraszanyag és a radiátor közötti határvonalon fordul elő, és K3-hoz vezethet.
4. Elektrosztatikus kisülés és elektromos túlterhelés
A félvezetők nagyon érzékenyek az elektrosztatikus kisülések hatásaira. (ESR), amely váratlan kudarcokhoz, parametrikus változásokhoz vagy belső zavarokhoz vezethet, ami a működés késleltetése következtében romlik. A meglévő előírásoknak megfelelően a LED-eknek az ESD-re való érzékenysége meghaladhatja a 100 V-ot az emberi test modelljén. A túlterhelés és az ESR miatti hibák - ez nagyon nagy probléma a LED-ek működésében. A kívánt ESR-osztály eléréséhez a fejlesztők gyakran használják a Zener diódát vagy a Schottky-gátat. Sok InGaN / GaN LED-ek értékesítése olyan zafír aljzatokon alapul, amelyeknek nincs elektromos vezetőképessége. Ez az oka a maradék elektromos töltés előfordulásának a készülékben, növelve annak érzékenységét az elektrosztatikus töltés és a túlterhelés következtében.
5. Hőfeszülés és rövidzárlat
A kapcsolt alkatrészek és a forraszanyag hőtágulási együtthatóinak különbsége okozza a termikus ciklushoz kapcsolódó mechanikai igénybevétel kialakulását a gyártási szakaszban. Rendszerint a termikus fáradtság megjelenik a lágyforrasz használatával előállított készülékekben. A szilárd forraszanyag felhasználásával előállított LED viszonylag stabil a stabil hőterhelésnél. A nagyfokú nedvesíthetőségnek köszönhetően az ónalapú forrasz gyakran túlcsordul a pad szélén, ami rövidzárlatot okozhat. A ház összeszerelésekor hibák is előfordulhatnak. Az okok lehetnek tömítőanyagok, elektródák és foszfor. Hőfeszítések a tömítőanyagban - ez a leggyakoribb oka a félvezető meghibásodásának. Ha az elektromos túlterhelés vagy magas külső hőmérséklet miatt a ház hőmérséklete megegyezik az üveg tömítőanyag töltőanyag (Tg) átmenetének hőmérsékletével, a gyanta gyorsan megnő. A LED belső elemeinek hőtágulási együtthatóinak csökkenése mechanikai károsodást okozhat. A nagyon alacsony hőmérséklet általában az epoxi kompozíció repedéseinek megjelenéséhez vezet - az anyagot, ahonnan a lencséket elkészítik. A nagy belső fűtési és nem-radiatív rekombináció miatt a hőmérséklet meredeken emelkedhet 150 ° C-ra, ami az epoxi kompozíció sárgulását okozhatja. Ennek eredményeképpen ez megváltoztatja a kimeneti optikai teljesítményt vagy a kibocsátott fény színét. Ha a tömítőanyag és a félvezető anyag törésmutatói nem esnek egybe, akkor a gyártott fényt a félvezetőbe szorítják és további hőforrás keletkezik. Miután az epoxi készítmény túlmelegedett, az elektróda megszakadása vagy mozgása, valamint a kristály és a hordozó kötődésének szilárdsága csökkenthető. Ez pedig a kristály és az epoxi kompozíció elválasztásához vezethet.
Egy másik tényező a készülék nyitott állapotában mechanikai igénybevételek lehetnek. A vezetékek forrasztása során a nyomás, a pozíció és az irány beállítására vonatkozó normák megsértése a normál üzemi hőmérsékleten fellépő mechanikai igénybevételek kialakulásához vezet, és a terminálok hajlítását a LED-kristály kritikus környezetében. Sok fehér LED sárga vagy vörös / zöld foszfor felhasználásával. Hajlamos a termikus lebomlásra. Ha a fejlesztő egyidejűleg két vagy több különböző foszfor felhasználásával működik, az összetevőknek hasonló élettartammal és lebomlási paraméterekkel kell rendelkezniük, hogy a kibocsátott szín telített legyen. A színhőmérséklet és a színtisztaság szintén csökken a működés során.