Chyby, které při práci s LED děláte možná i vy

Používání LED a jiných optoelektronických komponent v zařízeních je v současnosti samozřejmostí. Stejně důležitá by však měla být nejen spolehlivost a životnost samotných součástek, ale také bezpečná manipulace a osazení LED.

LED (Light Emitting Diode), ať už vývodová (THT LED), nebo na povrchovou montáž (SMD LED), je ve skutečnosti dost citlivá součástka. Proto všichni přední výrobci LED uveřejňují svá doporučení pro bezpečnou manipulaci ve formě tvz. „Technical notes“ a podobných dokumentů.

Nejčastější chyby při manipulaci s LED jsou:

● skladování v nevyhovujících podmínkách,

● nešetrné tvarování vývodů u THT LED,

● nedostatečné ESD opatření,

● nevhodné pájení,

● nešetrné čištění DPS,

● chybné zapojení v elektronickém obvodu,

● nesprávný design DPS a pájecích plošek.

„Nedodržováním doporučených zásad od výrobce si zkracujete životnost LED a v krajním případě můžete způsobit i úplné selhání LED. A nemusí to být selhání po nějaké době ve funkčním zařízení, ale už i při finalizaci – při osazování nebo oživování nového výrobku. Následné opravy jsou časově i finančně velmi náročné, a přitom jim lze jednoduše předejít. Navíc škody vzniklé nedodržením doporučení nemohou být ani předmětem reklamace,“ říká Martin Brestovič, produktový specialista SOS electronic.

V následujícím přehledu jsme proto shrnuli několik základních faktorů, které mají při používání LED diod v aplikaci zásadní vliv na spolehlivou a dlouhodobou funkci vašeho zařízení.

Skladování

Při skladování LED je důležité, abyste měli pod kontrolou teplotu a vlhkost prostředí. Udržováním doporučených podmínek prostředí zabráníte poškození LED při pájení, jelikož ji nahromaděná vlhkost dokáže při prudkém ohřátí mechanicky poškodit.

Pochopitelně, zcela vyloučeno je skladování LED a obecně i jiných elektronických součástek v prostředí, ve kterém se mohou objevit agresivní plyny. Výpary kyselin mohou poškodit samotné LED komponenty, jakož i zoxidovat jejich pájecí plošky. Důsledkem skladování v nesprávných podmínkách je tedy obvykle špatná pájitelnost LED součástek.

Na vzdušnou vlhkost jsou citlivé zejména SMD LED diody, proto je nezbytné skladovat je přesně podle předpisů výrobce – tzn. ve většině případů v uzavřeném balení spolu s desikátorem a indikátorem vlhkosti. Důležité je vědět, do jaké třídy citlivosti používaná LED patří. Tuto informaci naleznete vždy v jejím technickém listu (datasheet).

Třída citlivosti na vlhkost se označuje jako MSL (Moisture Sensitivity Level) a je v rozsahu 1 až 6, přičemž 1 odpovídá nejméně citlivé třídě. 

Například LED diodu s MSL 3 můžeme skladovat v otevřeném sáčku po dobu 168 hodin za podmínek ≦ 30 ℃ / 60 % RH, jak uvádí následující tabulka:

Překročíme-li některý z parametrů (čas, teplotu nebo vlhkost) je nutné LED před osazováním tzv. „zapéct“ (reBake), resp. přesušit podle následující tabulky.

Avšak i při tomto procesu je třeba dodržovat doporučené časy a teploty, jinak to nemůže být důvod pro reklamaci LED.

Rovněž LED s vývody jsou částečně citlivé na vlhkost vzduchu a pokud jsou uloženy v otevřeném balíčku po dobu delší než 72 hodin, doporučuje se vysušit je asi 30 hodin při teplotě 85–100 °C. 

Pro spolehlivé měření důležitých parametrů, jako jsou teplota a vlhkost, vám dobře poslouží různá zařízení, například i Sensirion Smart Gadget s SHT40, displejem a Bluetooth 4.0, jakož i různé dataloggery teploty a vlhkosti. 

Tvarování vývodů THT LED 

„Pokud vaše aplikace vyžaduje tvarování vývodů LED součástek, dejte si pozor na jeden klíčový fakt. Při jakémkoli tvarování vývodů byste se měli vyhnout přenosu tlaku vývodů na pouzdro LED diody, a tak i samotný čip LED. I krátkodobě zvýšené mechanické pnutí může mít za následek odtržení jemných kontaktů k samotnému LED čipu, a tím způsobit úplné selhání LED,“ pokračuje Martin Brestovič. 

V praxi toho lze snadno dosáhnout podepřením vývodů v horní části (u pouzdra) např. pomocí pinzety nebo vhodnou mechanickou pomůckou. Je zřejmé, že pravidlo minimalizovat tlak na pouzdro platí pro jakoukoli manipulaci s LED, ruční nebo strojní.

Z tohoto důvodu najdeme u SMD LED se silikonovým zapouzdřením obvykle i předepsanou minimální velikost trysky („pick-up nozzle“) pro strojní osazování, aby se předešlo tlaku trysky přímo na LED čip přes poměrně měkký silikon.

ESD ochrana

Elektronické součástky včetně LED jsou náchylné k poškození následkem nízkonapěťových ESD (Electrostatic Discharge) událostí. Již výboj nižší než 10 voltů může způsobit značné škody a podle mezinárodních výzkumů je přibližně 70 % škod na elektronických zařízeních způsobených právě nedostatečnou ochranou obsluhy. 

Podle mezinárodních norem včetně EN 61340 je hlavním prvkem ochrany před elektrostatickým výbojem ESD oděv. Avšak i další antistatická zařízení a pomůcky, jako jsou ESD nástroje nástroje a různá příslušenství, snižují rizika související s elektrostatickými výboji.

ESD ochrana je poměrně rozsáhlé téma a v případě LED součástek najdeme všechny důležité informace. v letáku „Technical notes“ od společnosti Kingbright. Na poškození elektrostatickým výbojem jsou citlivé zejména LED diody založené na technologii InGaN a GaN (Indium-Galium-Nitrid).

Zajímavým a dobře známým faktem také je, že v rámci prevence poškození elektronických součástek ESD výbojem je dobré vyhnout se extrémně nízké vzdušné vlhkosti v produkčních prostorách. Ideální vlhkost takového prostředí je 40–60 % RH. 

Pájení

Pokud pájíme SMD součástky ručně, například při výrobě prototypu, teplota hrotu by neměla přesáhnout 350 °C / 3 s při vzdálenosti spoje od pouzdra minimálně 2 mm. Pozor, pro modré, bílé a modrozelené (525 nm) typy některé zdroje doporučují teplotu hrotu pouhých 280 °C – zvláště při ručním pájení SMD LED u prototypů. 

Teplotní profil pro reflow proces obyčejně najdeme v datasheetu ke konkrétní LED. Pro bezolovnatý proces je obvykle hraniční teplotou 260 °C po dobu max. 10 sekund.

Čištění

Ve většině případů nemusí být DPS s osazenými LED komponenty vyčištěna. Pokud ji však vyčistit potřebujete z jakéhokoli důvodu, doporučujeme používat pouze neagresivní čisticí prostředky, obvykle založené na etanolu nebo isopropanolu, nebo neagresivní čisticí prostředky na bázi vody. Příliš agresivní čisticí prostředky mohou proniknout až k samotnému LED čipu a poškodit jej, např. způsobit jeho korozi.

V našem sortimentu najdete také jemné čisticí prostředky, např. Kontakt IPA v konvenčním 200ml balení ve formě spreje nebo ve výhodném balení 5 l.

Zapojení do elektronického obvodu

LED jako téměř každá dioda se vyznačuje pouze malou změnou napětí v závislosti na proudu. Proto zásadně představujeme výkonový obvod LED jako proudový zdroj, v nejjednodušším případě pomocí rezistoru v sérii.

Také je vhodné vyhnout se paralelnímu zapojení LED s jedním společným rezistorem, protože LED nemají nikdy stejné napětí v propustném směru Vf (forward voltage / dopředné napětí) při stejném proudu. To může způsobit proudové přetížení LED s nejnižším Vf, kde se zvýšený proud pokouší „dokompenzovat“ Vf na stejnou úroveň jakou mají ostatní LED zapojené paralelně.

Některé LED mají v technickém listu uvedenou i načítací kapacitu v tzv. pulzním režimu (pulse mode), pokud je možné napájet LED i výrazně vyšším proudem než ve standardně definovaném časovém období (obvykle desítky ms).

Návrh DPS 

Pro každou SMD LED obvykle najdeme v technickém listu doporučený návrh pájecích desek („solder pads“).

Zkušený návrhář může samozřejmě použít také jiný tvar, např. u výkonových LED dostatečně pomáhá velký povrch mědi odvádět teplo. Obvykle je však nutné zvolit hranici pájené plochy pomocí odolné pájecí masky (solder resist), aby se zabránilo nepředvídatelnému posunu LED při procesu reflow.

Slovo na závěr

 „Jak jsem zmínil již v úvodu, LED diody jsou citlivé součástky, které při manipulaci a instalaci i samotném osazování vyžadují přiměřené zacházení. Možná jsem vám pomohl odhalit některou z chyb a současně nalézt řešení, jak je odstranit. Pokud máte zkušenosti s LED a víte i o dalších závažných chybách při manipulaci s nimi, které mohou ohrozit vývoj a výrobu, dejte nám o nich vědět. A také si prohlédněte široký sortiment LED diod na našich webových stránkách,“ říká Martin Brestovič, specialista SOS Electronic.

Další technické informace o produktech v sortimentu LED naleznete na našich webových stránkách. Rádi vám odpovíme na vaše otázky nebo vám ochotně poradíme při výběru na adrese info@soselectronic.sk.