
Verkürzte Lebensdauer durch falsches "handling"

2. Ausfallursache - LED
Im Idealfall erzeugen Leuchtdioden beim Anlegen einer bestimmten Spannung, abhängig von der Farbe der LED, ein Licht mit einer bestimmten Wellenlänge (Farbe). Häufig wird die Lebensdauer der LEDs mit bis zu 100000h (!) angegeben, was nur der Theorie entspricht und in den seltensten Fällen in der Praxis erreicht wird. Viele (ungünstige) Umgebungs- und Randbedingungen zwingen die LED bereits wesentlich früher zum Sterben.
Warum fallen LEDs nach kurzer Zeit aus?
Häufigste Ausfallursachen bei LEDs sind:
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Falscher Anschluss
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Hitzeprobleme, Thermomanagement, schlechte Kühlung
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Überspannung, Elektrostatik, ESD
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Zu hoher Betriebsstrom während der Nutzungsdauer
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Falsche Verarbeitung (Löten/Feuchtigkeit etc.)
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Fehler in der Fertigung
1. Falscher Anschluss
LEDs dürfen je nach Typ und Ausführung nur an eine bestimmte Spannung in Verbindung mit einem vorher genau definierten Strom betrieben werden. In Rückwärtsrichtung (Sperrspannung, Sperrstrom) liegt bei den meisten LEDs die Sperrspannung in einem Bereich von etwa 5…30V. Bei Nichtbeachten der Werte kann es zu einem Schaden oder sogar zu einem Totalausfall der LED kommen.
2. Hitzeprobleme
Die häufigste Ausfallursache der LED ist Überhitzung! Hohe Betriebstemperaturen (schlechte Kühlung, zu hoher Strom) verursachen eine „Deformierung“ und zunehmende Zerstörung der komplexen inneren Kristallstruktur im Chip. Oberstes Gebot ist deshalb „optimale Wärmeableitung“ bzw. Kühlung.
3. Überspannung, ESD
Durch elektrostatische Entladungen können LEDs bereits stark vorgeschädigt werden, weshalb auch einige Typen eine zusätzliche (ESD)Schutzdiode mit im Gehäuse integriert haben. Fehlende Erdungsbänder oder entsprechende „Ableitungen“ können zum Tod der LED führen, was die Praxis gezeigt hat.
4. Zu hoher Betriebsstrom
Mit zunehmendem Betriebsstrom erhöht sich der Wärmeumsatz am LED-Chip, was wiederum zu einer höheren Belastung der „Kristallstruktur“ führt. Der höhere Wärmeumsatz deformiert die Kristallstruktur und zerstört allmählich bestimmte (halbleiterdotierte) Bereiche im inneren des Chips. Die Alterung und damit der Totalausfall des Bauteils werden somit deutlich beschleunigt.
5. Falsche Verarbeitung/ Feuchtigkeit
Bei Nichtbeachten der vom Hersteller vorgeschriebenen Löttemperaturen und Lötzeiten, kann eine Überhitzung am Chip verursachen. Ein weiteres Problem stellt die „eindiffundierte“ Feuchtigkeit im LED-Gehäuse dar. Beim Löten wird die „mühevoll“ und langsam, in das Gehäuse eingedrungene Feuchtigkeit schlagartig erwärmt. Der sehr schnelle Druckanstieg, verursacht durch verdampfende Feuchtigkeit, kann nicht schnell genug abgebaut werden. Interne Schäden sowie verkürzte Lebensdauer oder Ausfall sind die Folge.
6. Fehler bei der Fertigung
Der sogenannte „Rückwärtsstrom“ lässt Rückschlüsse auf die Lebensdauer der LED zu. Generell kann man sagen, je geringer der Rückwärtsstrom desto länger die Lebensdauer der LED im Betrieb. Die Größenordnung des Rückwärtsstroms liegt in einem Bereich von etwa einigen Nanoampere bis Mikroampere. Ist dieser schon vom Hersteller zu hoch, kann bereits eine Aussage über die (verkürzte) Lebensdauer getroffen werden.
Fehlfunktionen und Schäden finden nicht nur im Chip statt. Gehäuseteile und Vergussmasse können ebenso zu Fehlfunktionen führen. So wurde die früher verwendete Vergussmasse aus Epoxid, durch eine aus Silikon ersetzt. Gerade bei den weißen LEDs sinkt die Konvertierungsrate des Phosphors, der dann den blauen Anteil des Lichts in orangefarbenes Licht und nicht mehr in weißes umwandelt.
