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:

 

  1. Falscher Anschluss

  2. Hitzeprobleme, Thermomanagement, schlechte Kühlung

  3. Überspannung, Elektrostatik, ESD

  4. Zu hoher Betriebsstrom während der Nutzungsdauer

  5. Falsche Verarbeitung (Löten/Feuchtigkeit etc.)

  6. 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.