Trwałość diody (LED) - co to jest?

Trwałość diody - wydaje się oczywistym parametrem użytkowym. Czy istotnie tak jest? Otóż nie do końca.

 Producenci i sprzedawcy szastają tym terminem bez jakiejkolwiek odpowiedzialności. W końcu zawsze można termin "trwałość" zdefiniować na gorąco, gdy klient ma wątpliwości, co do diody, która przestała świecić po miesiącu użytkowania.

Podzielę definicję "trwałości" na dwie sekcje:  dla diod niskiej jakości, często produkcji chińskiej oraz dla diod wysokiej jakości (tutaj postanowiłem oprzeć się na przykładzie diod firmy CREE, które stosujemy).

Najpierw jednak krótko wyjaśnię, na czym polega zachowanie się diody w trakcie jej standardowej eksploatacji. Otóż dioda nie "przypala" się w taki sposób, jak żarówka (tzn. nie gaśnie raptownie), zaś ulega tzw. degradacji, czyli jej wydajność świetlna zmniejsza się wraz z upływem czasu. To zmniejszanie postępuje aż do jej wygaśnięcia ( w praktyce do zaniku walorów użytkowych diody).

Jednym z czynników, który ma największy wpływ na szybkość degradacji LED jest temperatura. Przy zbyt wysokiej temperaturze spada zarówno trwałość, jak i wydajność świetlna LED.

 Trwałość diody niskiej jakości

 Tutaj bardzo często zauważamy skrzętne unikanie definiowania tego terminu przez producentów i sprzedawców. Widać często bezkrytycznie rzuconą liczbę 50 000 lub 100 000 godzin, bez jakichkolwiek wyjaśnień. Jako specjalista - widząc zwykłą, chińską diodę do montażu przewlekanego (z nóżkami), która zupełnie nie jest zoptymalizowana pod kątem odprowadzania ciepła, a zaraz pod jej zdjęciem napis: "Trwałość 100 000 godzin" - na mojej twarzy jawi się lekceważący uśmiech.

Tak reagują nasi pracownicy...

Otóż trwałość tego typu diod często uważana jest przez ich producentów jako całkowity czas jakiejkolwiek zdolności do świecenia. Inaczej mówiąc - od momentu produkcji do momentu jej wygaśnięcia. Bardziej elokwentni producenci zaznaczają małą czcionką, iż jest to wartość aktualna w warunkach laboratoryjnych, przy temperaturze złącza (złącze to element roboczy, wnętrze diody) "nieprzekraczającej 25 ° C". I tutaj powstaje pytanie - czy jest możliwe, aby w zwykłej obudowie z tworzywa, z dwiema wątłymi nóżkami uciętymi zaraz po jej przylutowaniu, utrzymać temperaturę wnętrza (!) na poziomie 25 ° C lub niższym? Odpowiedź jest prosta: NIEMOŻLIWE! Oczywiście nie odczujemy tejże temperatury na zewnątrz, gdyż obudowa ma bardzo dobre właściwości izolujące. 

Co, jeśli temperatura wnętrza diody będzie większa od laboratoryjnego 25 ° C? Z reguły degradacja bardzo przyspiesza. Często do takiego stopnia, że producent milczy na ten temat, jak grób. Znamy przypadki prawie całkowitej degradacji diod (zazwyczaj zamkniętych w popularnych, wielodiododwych "żarówkach LED") po czasie mniejszym, niż miesiąc (!). Dlaczego w żarówkach wielodiodowych? Gdyż ich budowa zupełnie psuje wymianę ciepła wydzielanego przez diody z otoczeniem, która już w samej diodzie jest upośledzona.

Reasumując - w diodzie niskiej mocy (1 - chipowej, o prądzie zasilania 20mA), niskiej jakości w miarę wysoka trwałość jest do osiągnięcia tylko przy prądzie zasilania znacznie niższym od nominalnego. O ile niższym? To zależy od warunków odprowadzania ciepła w danym zastosowaniu. Wówczas jednak pytam - po co nam dioda, której  używamy "na pół gwizdka"? Ewentualnie jako wskaźnik lub bardzo słaby akcent świetlny. Kwestia, czy barwa tejże diody będzie nam odpowiadać oraz czy nie będzie się zmieniać w czasie jej użytkowania. Jednak jest to już temat znacznie wykraczający poza niniejszy artykuł.

Co do tzw. diod multichip - tutaj kwestia trwałości nie rysuje się wcale lepiej. Zgrubienia na nóżkach, które mają pełnić rolę radiatorów są zupełnie nieadekwatne do ilości ciepła wydzielanej przez diodę, dlatego z reguły degradacja diod multichip jest szybsza od zwykłych, 20mA diod z nóżkami. Jest możliwe osiągnięcie nieco dłuższych czasów życia diody multichip, jednak często nakład pracy potrzebny do stworzenia im odpowiednich warunków wymiany ciepła z otoczeniem psuje opłacalność całego przedsięwzięcia.

Nieco lepiej wygląda kwestia trwałości diod SMD w obudowach PLCC, stosowanych powszechnie m.in. do produkcji taśm diodowych, jakże wojujących rynek akcentów świetlnych LED. Otóż ich budowa uwzględnia już kwestie odprowadzania ciepła od wnętrza diody. Jest ono lepiej przekazywane do pól lutowniczych i dalej do miedzianych ścieżek obwodu drukowanego, które skutecznie pełnią rolę radiatorów. Tutaj więc dużo zależy od projektanta obwodu drukowanego oraz od technologii montażu (lutowania) diody i stosowanych do tego materiałów. Zazwyczaj trwałości diod SMD PLCC są wyższe od wyżej wymienionych, jednak to, co w rzeczywistości może zaoferować wysokiej jakości dioda, opiszę niżej.

Trwałość diody wysokiej jakości

 W tej części oprę się na informacjach udostępnianych przez firmę CREE - światowego lidera w dziedzinie produkcji LED przeznaczonych do oświetlenia wysokiej jakości. Bardzo wysoka jakość diod CREE XLamp potwierdza się w każdym zastosowaniu, do którego ich używamy.

Trwałość diody wysokiej jakości jest zdefiniowana jasno i przejrzyście - jest to czas świecenia, po którym wydajność świetlna diody spadnie do 70% wartości początkowej. Czas ten jest oznaczany symbolem L70.

Nic dodać, nic ująć. Myślę, że wielu czytelników zgodzi się ze mną, że 70% sprawności diody niekoniecznie musi dyskwalifikować diody pod względem użytkowym. W szczególności, że degradacja diod jest procesem najszybszym na początku użytkowania. Degradacja spowalnia w miarę upływu czasu pracy diody.

Trwałość diod, jak już wyżej napisałem - jest mocno zależna od temperatury jej wnętrza, czyli złącza p-n. Wpływ wzrostu temperatury na trwałość nie jest jednak tak katastrofalny jak się to dzieje w przypadku diod o niskiej jakości.

CREE udostępnia bogatą dokumentację swoich produktów pod każdym aspektem projektowo - użytkowym. Opublikowane są dokładne zależności trwałości od temperatury wnętrza diody, jak również wzory pozwalające określić temperaturę złącza w zależności od temperatury przy tzw. thermal pad'zie (nie jesteśmy przecież w stanie pomierzyć temperatury złącza p-n wewnątrz diody.

Skąd bierze się jakość diod? Z zastosowanych materiałów do jej budowy. Począwszy od samego półprzewodnika, poprzez luminofor (w wypadku diod białych) aż do jej obudowy, uwzględniając możliwości oddawania ciepła, w jakie została ona wyposażona.

Czym w zasadzie różni się trwałość podana dla diody o niskiej jakości od tej dla diody o wysokiej jakości, jeśli założyć, że obie są użytkowane są w odpowiednich warunkach? Otóż tym, że w tą drugą możemy wierzyć...

 

Koszyk

VirtueMart
Koszyk jest pusty.

Galeria

Szanowni Państwo, zgodnie z ustawą Prawo telekomunikacyjne (Dz.U.2004 Nr 171, poz. 1800, z późn.zm) informujemy, że w serwisie www.ledownia.pl stosuje się pliki cookies (tzw. ciasteczka), które są zapisywane w pamięci urządzenia. Zapisywane informacje używane są m.in. w celach statystycznych oraz dostosowania serwisu do indywidualnych potrzeb użytkowników. Korzystanie z naszego serwisu internetowego bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zapisane w pamięci urządzenia i tym samym akceptację Polityki cookies.
[x] Kliknij tutaj, aby ukryć komunikat