Въведение в "провала" на концепцията и на "жизнения цикъл" на светодиоди
Много производители твърдят, че LED експлоатационна годност до 100000 часа непрекъсната работа. Въпреки това, тази цифра е подвеждащ, и до голяма степен зависи от качеството на продуктите, относно условията за използването му, както и критериите за оценка на надеждността на светодиода.
Въпреки че в повечето случаи, характеристиките на светодиоди развалят постепенно, също се наблюдава рязко недостатъчност поради растежа на изкълчвания от периферията на активната област, унищожаване р-п-преход края растеж окислява дислокация или междинна област, която разделя крайната повърхност и диелектрик покритието и катастрофални оптичен щетите. На второ място, потребителите, които работят със светодиоди, отдавна са разбрали, че тяхната надеждност, по-специално по отношение на скоростта на разграждане, често зависи от доставчика на компонента. Познаването на тези две тежки ограничения изисква разработване на тестове за издръжливост на базата на основно разбиране на механизма за отказ.
Класификация на основните неуспехите
Клиентите, които работят с светодиоди. обикновено се определи нивото на изход, при която цялата система ще се провали, а след това използвайте физически модели за прогнозиране на времето на неуспех. Необходима е ясна дефиниция на неуспех е най-критичните области, както и по-голямата част от производителите и потребителите да имат собствено мнение относно това, кога оптоелектронен устройство може да се разглежда извън експлоатация. Един метод за определяне на повредата е за заключване и за наблюдение на текущата мощност на устройството, като се брои единица неработещ когато изходната мощност падне под определено ниво (до 50%, обикновено 20%) от първоначалната стойност.
Друг метод се основава на наблюдението на падане на блока на изхода и да се компенсират чрез увеличаване на диск ток. Когато контрол ток достигне определена относителна стойност (30%) на устройството се счита за извеждане от експлоатация. Някои механизми недостатъчност и дефекти могат също така да инициират повреда на светодиоди. Надеждност специалисти не трябва да се фокусират единствено върху ефекта на температура и плътност на тока, тъй като този подход може да доведе до неправилна селекция от продукти.
Разграждането на активната област
В интерфейси такива структури са неизбежни промени в химическия състав или дори параметрите на решетката. При високи нива на химични компоненти чрез инжектиране могат да мигрират към други области на electromigration. Структурните промени генерират кристални дефекти като изкълчвания и точка дефекти, които действат като центрове nonradiative възпрепятстващи природен излъчваща рекомбинация и водят до допълнителна топлинна енергия в рамките на активния слой.
Разграждането на електродите
електроди разграждане в светодиодите основно се проявява в региона на р-електрод (обикновено устройството се състои от п-тип субстрат и региона на р-електрод е оформен в близост до областта на активно устройство). Основната причина за разграждането на електрода е метална дифузия във вътрешната част (т.нар периферна дифузия) полупроводника. се увеличава с увеличаване на дифузия на инжектирани ток и температурата. За съжаление, за да се избере подходящ материал за омичният контакт с InGaN на системи за р-площ / GaN е трудно поради големия обхват празнина р-тип Ган.
Поради факта, че електродът трябва да има по-малък коефициент на взаимна дифузия на компонентите, инженери понякога прилагат бариерен слой за подтискане electromigration ефекти. Проблеми с ток насищането на светодиоди с висока мощност са по-сериозни. За решаването на тези проблеми, инженерите трябва да оптимизират дизайна на електрода и вертикалната компонента на електричния ток. Електродите на някои материали като прозрачен проводим индиево-калаен оксид (ITO), или отразяващ метал (сребро) предмет на проблеми като electromigration и термична нестабилност.
Деградацията на работния ръб е сериозен проблем за светодиодите на AlGaAs / GaAs, излъчващи видима светлина, но това е необичайно за светодиодите на InGaAsP. Окисляването чрез фотохимични реакции води до повишени стойности на прага на тока и съответно намаляване на времето на живота на LED. Друг тип недостатъчност работния край е така наречената катастрофални оптичен дефект (РМД) - когато количеството на светлинна енергия надвишава определено ниво, и работен ръб започва да се топи. Липса оптоелектронни устройства, при нормални условия, устойчиви на разграждане на работния край, може да се образува при работа с повреди, дефекти и замърсяване с външни материали.
термично разграждане
Размер на топлината, генерирана по време на работа на светодиодите. Това изисква те да бъдат монтирани върху радиатор, топлинен абсорбиране подводница, често с помощта на спойката. Ако кухината на спойката се създадат условия за недостатъчно разсейване на топлина, в резултат горещи точки водят до термично разграждане и недостатъчност. Термично разграждане поради кухини в спойката често доминира в светлодиодите в първите 10,000 часа работа. Образуването на кухини в спойката може да се дължи на смущения или състояния обработката на метал дифузия на интерфейса (кухината на Kirkendall). Също така, образуването на кухини може да се дължи на electromigration.
Когато метал тече достатъчно голям ток работа и метални йони мигрират към срещуположните полюси, което води до образуването на кухини (позиция) на кристалите, хълмчета и мустаци. Растеж на мустаци, които могат да бъдат предизвикани от действието на вътрешно напрежение, температура, влажност и специфичния материал, обикновено N
Един електростатичен разряд и електрическо претоварване
Полупроводници са чувствителни към дефекти, причинени от електростатичен разряд (ESD). Видовете неуспех поради ESD може да бъде внезапен срив, параметрични промени или вътрешни повреди, водещи до деградация по време на последващата експлоатация. Според съществуващите правила, на LED чувствителността към ESD трябва да бъде по-голяма от 100 V при тестване на модел на човешкото тяло. Разбивка поради претоварване и ESD са значителен проблем за светодиодите. Понякога програмисти използват ценерови диоди или Шотки бариера за постигане на определен клас ESD. Повечето търговски InGaN / GaN светодиоди на сапфир субстрати оформени като не електропроводимостта. Това води до остатъчен електрически заряд в устройството, което го прави по-чувствителни към повреди, причинени от електростатичен разряд и задръстванията.
Термично умора и късо съединение
Разликата в коефициента на термично разширение в спойка свързани части и поражда механични напрежения по време на производството, свързани с термични цикли, които могат да причинят ексфолиране в свързан част. Когато устройството мощност претърпява циклично натоварване, поведението на изделия, произведени, например, като се използва припой и спойка може да варира. Термично умора обикновено се наблюдава в устройства, изработени с мек припой, а изделия, произведени с помощта на спояване, стабилен при цикличен термичен стрес. Понякога неподходящо припой и контрол на процеса може да доведе до късо съединение в инструмента. Поради относително високата омокряемостта, калай базирани спойка може да тече през ръба на подложката и за образуване на късо съединение. Недостатъци, свързани с монтажа на корпуса, могат да бъдат причинени от уплътнителя, клемите на електрода и фосфор.
Термични напрежения в уплътнителя е най-честата причина за провал в светодиоди. Ако - поради електрически претоварване или висока външна температура, - температурата на тялото достига температурата на встъкляване на уплътнител пълнител (Tg), смолата започва да се разширява бързо. Разликата в коефициента на термично разширение на вътрешните компоненти на светодиода може да причини механични повреди. При много ниски температури на крекинг могат да се появят епокси състав материал на лещата. Загрява се индуцира вътрешния отопление и не-излъчващи рекомбинация и достига 150 ° С, води до пожълтяване на състава на епоксидна в резултат на промени или оптична мощност, излъчвана цвят. Ако уплътнителят не съвпада с индекса на пречупване на пречупване на полупроводникови материали се индуцира от светлина в производството на полупроводници, в резултат на допълнителен източник на топлина. В резултат на прегряване на състава на епоксидна може да бъде празнина или разделяне на терминала електрод, и намаляване на силата на кристалната съединението към субстрата. Тези проблеми, на свой ред, могат да доведат до отлепване на кристал и епокси състав.
Механични напрежения, причинени от олово проводници са друга причина, която води до отворен инструмент може да се появи. При неспазване на изисквания към налягане, позиция и посока на терминалите по време на запояване може да предизвика механични напрежения в нормална работна температура и огъване щифт опасно близо до чип LED. Повечето бели светодиоди използват жълт или червен / зелен фосфор, които подлежат на термично разграждане. Когато разработчиците смесват два или повече различни компоненти фосфорни трябва да има сравним живот и характер деградация на наситеността на цветовете. чистотата на цвета температура и цвят на фосфор и разгражда с времето.
Ph.D. Godovitsyn IV
Московски държавен институт на електронни технологии
Свързани статии