Metodele empirice de predicție nu pot fi considerate de încredere în ceea ce privește fiabilitatea dispozitivelor optoelectronice. La urma urmei, cele mai frecvente cazuri de defecțiuni ale echipamentelor sunt asociate cu o scădere treptată a capacității în timpul funcționării. Majoritatea standardelor existente utilizează terminologia ratelor de eșec constant. Desigur, în majoritatea cazurilor, caracteristicile LED-urilor se deteriorează treptat. Dar există cazuri de eșec neașteptat datorită creșterii dislocare de la periferia regiunii active, distrugerea p-n joncțiunea cu capătul de creștere dislocare oxidat sau o regiune intermediară care separă fața frontală și învelișul dielectric și prejudiciul optic ireparabilă. În plus, consumatorii care se ocupă cu LED-uri, mult timp înțeles: fiabilitatea lor (în special în ceea ce privește rata de degradare) este de multe ori depinde de componentele de la furnizori.
Este o definiție corectă a eșecului - punctul cel mai problematic, mulți producători și utilizatori înșiși determină când dispozitivul optoelectronic a devenit inutilizabil. O altă metodă de detectare eșec - set curent și monitorizarea puterii de ieșire a aparatului de recunoaștere unității de serviciu în timp ce reducerea punctului de putere primit de mai jos (de obicei, de la 20% până la 50% din valoarea inițială). O altă metodă se bazează pe observarea reducerii puterii de ieșire a dispozitivului și a recuperării sale prin creșterea fluxului de control. De îndată ce curentul de comandă atinge valoarea dorită (de exemplu, 50%), dispozitivul poate fi considerat inoperant. Anumite mecanisme de defecțiuni și dezavantaje pot fi, de asemenea, cauza defecțiunilor LED-urilor.
Experții cu privire la fiabilitate nu ar trebui să se concentreze doar asupra efectelor temperaturii și densității de curent, deoarece o astfel de viziune poate duce la o selecție eronată a produselor.
Cauzele defecțiunilor LED
1. Degradarea regiunii active a LED-urilor
LED-ul emite lumină datorită redistribuirii transportatorilor injectați în regiunea activă. Apariția și creșterea dislocărilor, împreună cu precipitarea atomilor nodulari, conduc la o încălcare a părții interioare a acestei regiuni. Astfel de fenomene pot apărea atunci când structura cristalină este ruptă. Densitatea mare a curentului injectat, creșterea temperaturii datorată curentului injectat și curentului de scurgere și a luminii emise duce la o creștere a dezvoltării defectului. De mare importanță este materialul utilizat în fabricarea LED-urilor. De exemplu, sistemul ALGaAs / GaAs este mult mai susceptibil la acest mecanism de defecțiune decât sistemul InGaAs (P) / InP.
Sistemul InGaN / GaN (pentru LED-urile albastre și verzi) este aproape imperceptibil la defecte. În regiunile active se pot găsi tranziții simple p-n, heterostructări integrate, scufundări cuantice multiple. La limitele legăturii dintre astfel de structuri, există în mod necesar schimbări în compoziția chimică sau în caracteristicile rețelei în sine. Cu un grad ridicat de injecție, elementele chimice pot fi transferate prin electromigrare în alte zone. Schimbările în structură duc la tulburări de cristal, cum ar fi dislocările și defectele de punct, care devin centre nonradiante. Acestea întârzie redistribuția radiantă și, în cele din urmă, produc căldură suplimentară în stratul activ.
2. Degradarea electrozilor
Degradarea electrozilor din LED-uri este cel mai frecvent pe regiune P electrod (în mod tipic, dispozitivul include substrat de tip n și o regiune p-electrod este formată în apropierea regiunii active a LED-ului). Principalul factor al degradării dispozitivului este difuzia metalului în regiunea interioară (se numește și difuzia periferică) a semiconductorului. Difuzia crește odată cu creșterea curentului și temperaturii injectate.
Selectați materialul optim pentru contactul ohmic la p-regiune cu LED-uri InGaN / GaN este foarte dificil din cauza mare decalaj de bandă de tip p GaN. Electrodul trebuie să aibă un coeficient mai mic de difuzie reciprocă a componentelor. Pentru a face acest lucru, specialiștii folosesc adesea stratul de barieră pentru a elimina fenomenele electromigrației. Problemele iluminării actuale în semiconductori cu putere mare sunt mai complicate. Pentru a le rezolva, este necesar să se aleagă un design adecvat al electrodului LED și al componentei verticale a curentului electric. Electrozii unor materiale, de exemplu, dintr-un oxid transparent indiu staniu conductiv (OIT), sau care reflectă metalic (argint) predispuse la electromigrația și instabilitate termică.
Încălcarea marginea zonei de lucru - o mare problemă pentru LED-urile de pe AlGaAs / GaAs, care emit lumina vizibilă, dar nu este cea a LED-urilor de pe InGaAsP. Oxidarea datorată reacțiilor fotochimice conduce la o creștere a pragului de prag și, ca o consecință, la o scurtare a duratei de viață a LED-ului. Un alt tip de spargere a marginii de lucru poate fi așa-numitul defect optic catastrofal (RCD). În acest caz, puterea energiei luminoase depășește nivelul setat, iar marginea de lucru începe să se topească. dispozitive optoelectronice Failure, în mod normal, insensibile la degradarea margine poate fi declanșată de neregularități în prelucrarea și contaminarea cu neajunsuri materiale străine.
3. Degradarea termică.
Degradarea termică datorată cavernelor de lipit predomină adesea în semiconductori în primele 10.000 de ore de funcționare. Cantitatea de căldură emisă de LED-ul în timpul funcționării necesită instalarea pe un radiator sau pe un substrat absorbant de căldură prin lipire. Dacă cavernele din lipire interferează cu îndepărtarea optimă a căldurii, punctele fierbinți care rezultă provoacă degradarea termică care duce la defectare. Motivul pentru formarea cariilor în suduri poate fi o încălcare a condițiilor de prelucrare sau difuzia de metal la interfața compusului (cavitatea Kirkendall așa-numitul). În plus, electromigrarea poate duce la formarea de caverne. În cazul în care metalul curge printr-un mod suficient de mari ioni de locuri de muncă și de metal de curent sunt mutate la poli opuși, rezultând formarea de cavități (Poziția) a cristalelor, munceilor și mustăți. Creșterea mușchilor poate fi declanșată de acțiunea tensiunilor interne, a temperaturii, a umidității și a specificului materialului însuși. De obicei apare la limita dintre lipire și radiator și poate conduce la K3.
4. descărcare electrostatică și suprasarcină electrică
Semiconductorii sunt foarte sensibili la efectele descărcărilor electrostatice. (ESR), care poate duce la defecțiuni neașteptate, modificări parametrice sau tulburări interne, ceea ce duce la o deteriorare a funcționării în timpul operației ulterioare. În conformitate cu reglementările existente, susceptibilitatea LED-urilor la ESD ar trebui să depășească 100 V atunci când este testată pe un model al corpului uman. Defecțiuni datorate supraîncărcării și ESR - aceasta este o problemă foarte mare în funcționarea LED-urilor. Pentru a atinge clasa ESR dorită, dezvoltatorii folosesc adesea dioda Zener sau bariera Schottky. Multe LED-uri InGaN / GaN de vânzare se bazează pe substraturi de safir care nu au conductivitate electrică. Aceasta este cauza apariției încărcării electrice reziduale în dispozitiv, crescând susceptibilitatea la încălcări datorate încărcării electrostatice și supraîncărcării.
5. Oboseală termică și scurtcircuit
Diferența coeficienților de dilatare termică a pieselor conectate și a lipitorului este motivul pentru formarea solicitărilor mecanice în stadiul de producție asociat ciclului termic. De regulă, oboseala termică apare în dispozitivele fabricate cu ajutorul lipirii moi. LED-urile produse cu ajutorul lipirii solide sunt relativ stabile la o sarcină termică stabilă. Datorită gradului ridicat de umectabilitate, lipitorul pe bază de staniu adesea depășește marginea plăcii, ceea ce poate provoca un scurtcircuit. De asemenea, se pot produce erori la asamblarea carcasei. Cauzele pot fi un sigiliu, un conductor de electrod și un fosfor. Rezistența termică în dispozitivul de etanșare - aceasta este cea mai frecventă cauză de defectare a semiconductorului. Atunci când, din cauza supraîncărcării electrice sau a unei temperaturi externe ridicate, temperatura carcasei coincide cu temperatura de trecere a umpluturii de etanșare a sticlei (Tg), rășina se extinde rapid. Scăderea coeficienților de dilatare termică a elementelor interne ale LED-ului poate provoca daune mecanice. Temperaturile foarte scăzute, de regulă, duc la apariția fisurilor în compoziția epoxidică - materialul din care sunt fabricate lentilele. Datorită încălzirii interne mari și a recombinării ne-iradiante, temperatura poate crește brusc la 150 ° C. Aceasta poate cauza îngălbenirea compoziției epoxidice. Ca urmare, aceasta modifică puterea optică de ieșire sau culoarea luminii emise. Dacă indicii de refracție ai materialului de etanșare și a materialului semiconductor nu coincid, lumina produsă este cuprinsă în interiorul semiconductorului și în cele din urmă este formată o sursă suplimentară de căldură. După ce compoziția epoxidică a fost supraîncălzită, poate apărea o discontinuitate sau o mișcare a plumbului de electrod și o reducere a rezistenței atașării cristalului și a substratului. Și acest lucru poate duce la separarea cristalului și a compoziției epoxidice.
Un alt factor în apariția unei deschideri în dispozitiv poate fi solicitările mecanice cauzate de conductorii de plumb. Încălcarea normelor stabilite pentru presiune, poziție și direcție în timpul lipirii cablurilor conduce la formarea de solicitări mecanice la temperatura obișnuită de operare și la încovoierea terminalelor în vecinătatea critică a chipului LED. Multe LED-uri albe folosesc fosfor galben sau roșu / verde. El este predispus la degradarea termică. Dacă dezvoltatorul folosește simultan două sau mai multe fosforuri diferite, componentele ar trebui să aibă un parametru de viață comparabil și degradare, astfel încât culoarea emisă să fie saturată. Temperatura de culoare și puritatea culorii scad, de asemenea, în timpul funcționării.
Articole similare
-
Principalele cauze și caracteristici ale degradării LED-urilor
-
De ce mașina de spălat nu scurge apa și nu stoarce cauzele posibile de rupere, de prevenire
Trimiteți-le prietenilor: