ANDITIGER EPCOS EURAL Fandis Kubara Lamina LEM Ostberg POWERSEM Semikron SEZ SUNON TUMA Voltex датчики тока Voltex освещение Zettler Протон-Импульс
ANDITIGER EPCOS EURAL Fandis Kubara Lamina LEM Ostberg POWERSEM Semikron SEZ SUNON TUMA Voltex датчики тока Voltex освещение Zettler Протон-Импульс
Отдел продаж +38 (044) 359-05-04

Исследование способов контроля надежности светодиодов

    ЗАО «Протон-Импульс» является производителем промышленной сигнальной арматуры (лампы СКЛ) и светодиодного освещения специального назначения (для холодильного оборудования и лифтов), поэтому предприятие провело научно-техническое исследование способов контроля надежности и сроков службы светодиодов.

    Обычно под сроком службы понимают время, которое устройство работает до момента выхода из строя. Но момент выхода из строя – это не обязательно полная неработоспособность, а падение характеристик ниже определенного уровня. При оценке срока службы светодиодов момент выхода их из строя определяется как снижение светового потока ниже определенного процента от номинального значения. Обычно таким порогом считается снижение светового потока на 30% (или 50%) от номинального значения. Таким образом отказы светодиодов в процессе работы бывают двух типов:

1) внезапные отказы; 2) деградация световых характеристик со временем.


Причины внезапных отказов светодиодов

Основными причинами внезапных отказов являются:

1) Повреждение полупроводникового кристалла импульсным током большой амплитуды, значительно превышающим максимально допустимое значение.

2) Тепловой пробой — выход полупроводникового кристалла из строя в результате превышения температуры кристалла допустимой граничной величины.

3) Электростатический разряд, особенно обратной полярности.

4) Деградация электродов, приводящая к их обрыву. Причина деградации электрода заключается в диффузии металла во внутреннюю область полупроводника (так называемая периферийная диффузия). Диффузия усиливается с увеличением тока и температуры.

5) Обрыв токоведущих элементов, наиболее часто из-за резкого изменение температурного режима, например во время резкого включения на морозе или перепадов температуры при хранении. Различные температурные коэффициенты расширения составляющих — колбы, рамки и токовода приводят к высоким механическим напряжениям и к обрывам.

    Внезапный отказ является достаточно редким явлением и его причины, как правило, заключаются в производственном браке или неправильной эксплуатации светодиодов. В тоже время, деградация световых характеристик светодиодов со временем является неизбежным явлением.


Причины деградации световых характеристик светодиодов

1) Деградация полупроводникового кристалла. Поскольку количество дефектов кристаллической решетки увеличивается в процессе работы светодиода, светоотдача постепенно уменьшается. Скорость накопления этих дефектов возрастает с увеличением прямого тока через светодиод и температуры кристалла.



2) Деградация люминофора. Большинство белых светодиодов используют люминофор, который подвержен термической деградации. Цветовая температура и индекс цветопередачи (CRI) люминофора также изменяется со временем. Высокая температура ускоряет данный процесс. Этот фактор отсутствует в светодиодных коммутаторных лампах (СКЛ) цветного излучения.

3) Деградация оптических свойств линзы (герметика). Высокая температура, приводит к пожелтению герметика, который в результате меняет выходную оптическую мощность или цвет излучаемого света. Если индекс преломления герметика не соответствует индексу преломления полупроводникового материала, индуцированный свет остается в полупроводнике, из-за чего возникает дополнительный источник тепла.

4) Деградация свойств отражающих поверхностей: в процессе эксплуатации светодиодов отражающие поверхности мутнеют.

5) Высокая влажность ускоряет деградацию световых характеристик светодиодов.



6) Низкое качество питающего тока: наличие ВЧ-помех питающих драйверов ускоряет процесс увеличения дефектов кристалла (п.1).


Сложность оценки срока службы светодиодов

    Таким образом многофакторность процессов деградации создает сложности при оценке долговечности светодиодов. Даже ведущие мировые производители светодиодов не имеют достоверных моделей такой оценки. Скорость деградации светового потока светодиодов повышается с ростом температуры окружающей среды, токов и относительной влажности. Чтобы получить более точный прогноз срока службы источников света LED, компания Osram Opto Semiconductors, например, проводит испытания светодиодов при кратных токах и высоких уровнях влажности, а также измеряет яркость через равные промежутки времени. Однако даже этот метод не учитывает того факта, что отдельные светодиодные компоненты подвергаются воздействию разных факторов износа (для более точных моделей износа мы создаем и затем объединяются описания того, как ухудшаются характеристики разных светодиодных компонентов). Тем не менее, измерения, полученные с помощью продолжительных экспериментов отличаются от тех результатов, которые дает усовершенствованная модель износа.

    Низкая скорость процессов деградации также затрудняет разработку методов оценки данного процесса: для проверки метода потребовался бы техпрогон большого количества светодиодов в течение 50 000… 100 000 часов. В связи с непрерывным обновлением выпускаемой продукции (новинки появляются каждые 1,5-2 года) экономически нецелесообразно проводить испытания светодиодов столь длительное время. Изготовители лишь прогнозируют срок жизни, например, проводятся лабораторные испытания срока службы светодиодов в течение 2000 часов с последующей экстраполяцией результатов до 10000 и более часов. Такие методы экспресс-контроля основаны на выявлении признаков (обычно электрической природы) отличающих светодиоды с повышенной скоростью деградации от нормальных.

    Надо отметить, что все методы экспресс-контроля надежности светодиодов по электрическим параметрам оцениваются в основном надежность полупроводникового кристалла, однако, как было сказано ранее, деградация световых характеристик светодиодов определяется разнообразными факторами (не только кристалла).

В нашей работе исследуются тепловые сопротивления светодиодов в различных партиях. Сделано предположение, что высокий разброс данного параметра свидетельствует о низком качестве партии, однако исследование надежности партии не проводилось.

    Методы экспресс-контроля также требуют валидации путем техпрогона большого количества светодиодов длительное время, причем нет гарантий, что в исследуемой выборке окажутся светодиоды, подверженные ускоренной деградации.

    Еще одна трудность экспресс-контроля светодиодов заключается в следующем: Все производители в документации указывают о возможности внесения изменений в конструкцию светодиодов без предварительного уведомления потребителя. Изменения, могут касаться конструктивных материалов, люминофора и полупроводникового кристалла. Таким образом, после подобных изменений все ранее разработанные нормы и параметры экспресс-контроля могут оказаться непригодными.


Выводы НИР

Обобщая полученную информацию можно сделать следующие выводы:

  1. Для определения скорости деградации светодиодов их следует подвергать длительному техпрогону в условиях приближенных к наиболее жестким режимам эксплуатации по температуре и влажности.

  2. Разработка методов экспресс-контроля светодиодов сталкивается с невысокой эффективностью вследствие не совсем достоверных результатов, а техпрогон «в лоб» связан с высокими временными (1…5 лет) и сложно прогнозируемыми финансовыми затратами. При этом не гарантирует достижения положительных результатов.

  3. Наилучшими решениями по обеспечению качества светодиодной продукции следует признать: выбор надежного поставщика светодиодов — в частности официального дистрибьютора ЗАО «Протон-Импульс», обеспечение «мягких» режимов эксплуатации светодиодов (70...80% от максимально допустимого тока), а также учет рисков отказов светодиодов в маркетинговой деятельности.

По материалам ЗАО «Протон-Импульс»

Оставьте свой комментарий

Пожалуйста авторизируйтесь или создайте учетную запись перед тем как написать комментарий
Широкий ассортимент
Прямые поставки из Европы и Азии
Профессиональные консультанты
Честные цены
Многолетний опыт
Комплексные решения