A LED-ek és egyéb optoelektronikai alkatrészek készülékekben való alkalmazása manapság magától értetődő. Fontos azonban, hogy a LED-ek biztonságos kezelésére és összeszerelésére ugyanolyan hangsúlyt fektessünk, mint maguknak az alkatrészeknek a megbízhatóságára és tartósságára.
A LED (Light Emitting Diode) - legyen az furatszerelt (THT LED), vagy felületszerelt (SMD LED) - valójában meglehetősen érzékeny alkatrész. Ezért minden vezető LED-gyártó közzéteszi a biztonságos kezelésre vonatkozó ajánlásait úgynevezett „Technical notes” és hasonló dokumentumok formájában.
A leggyakoribb LED-kezelési hibák a következők:
- nem megfelelő körülmények között történő tárolás,
- a THT LED-vezetékek gondatlan formázása,
- helytelen ESD intézkedések,
- nem megfelelő forrasztás,
- gondatlan PCB tisztítás,
- hibás csatlakozás az elektronikus áramkörben,
- nem megfelelő PCB- és forrasztási felületkialakítás.
„A gyártó által javasolt irányelvek be nem tartása lerövidíti a LED élettartamát, és szélsőséges esetekben a LED teljes meghibásodásához vezethet. És nem biztos, hogy bizonyos idő elteltével egy már működőképes készülékben történik meghibásodás, hanem már a véglegesítés során is megtörténhet - egy új termék telepítése vagy „újraélesztése” közben. Későbbi javítások nagyon időigényesek és költségesek, viszont könnyen megelőzhetők. Ráadásul az ajánlások be nem tartása következtében keletkezett károk miatt nem lehet panaszt tenni,“ mondja Martin Brestovič, az SOS electronic termékspecialistája.
Az alábbi áttekintés összefoglal néhány alapvető tényezőt, amelyek nagy hatással vannak a készülék megbízható és hosszú távú működésére, ha LED-eket használunk az alkalmazásban.
Tárolás
A LED-ek tárolása során fontos, hogy a környezeti hőmérséklet és páratartalom ellenőrzése folyamatos legyen. Az ajánlott környezeti feltételek betartásával megelőzheti a LED dióda forrasztás közbeni károsodását, mivel a felgyülemlett nedvesség a gyors melegítés során mechanikusan károsíthatja azt.
Természetesen teljesen kizárt a LED-ek és egyéb elektronikus alkatrészek tárolása olyan környezetben, ahol agresszív gázok keletkezhetnek. A savas gőzök károsíthatják magukat a LED-elemeket, valamint oxidálhatják a forrasztófelületeket. A nem megfelelő körülmények között történő tárolás eredménye általában a LED alkatrészek rossz forraszthatósága.
Az SMD LED-ek különösen érzékenyek a levegő páratartalmára. Ezért ezeket pontosan a gyártó előírásai szerint kell tárolni, azaz a legtöbb esetben zárt csomagolásban, exszikkátorral és páratartalom-jelzővel együtt. Fontos tudni, hogy a használt LED milyen érzékenységi osztályba tartozik. Ez az információ megtalálható az adatlapban.
A nedvességérzékenységi osztályt MSL-nek (Moisture Sensitivity Level) nevezzük, és értéke 1-től 6-ig terjed, ahol az 1 a legkevésbé érzékeny osztálynak felel meg.
Például a 3 MSL értékű LED dióda nyitott tasakban 168 órán keresztül tárolható ≦ 30 ℃ / 60% relatív páratartalom mellett, ahogy az az alábbi táblázatban is látható:
Ha valamelyik paramétert (idő, hőmérséklet, páratartalom) túllépjük, akkor a szerelés előtt szükséges „újrasütni” a LED-et („reBake”), ill.az alábbi táblázat alapján megszárítani. Azonban még ennél a folyamatnál is be kell tartani az ajánlott idő- és hőmérsékletértékeket, ellenkező esetben a diódákra nem vonatkozik a jótállás.
A vezetékes LED-ek is részben érzékenyek a levegő páratartalmára is, és ha nyitott csomagolásban több mint 72 órán át tárolják, ajánlott körülbelül 30 órán át szárítani őket 85-100 ° C-on.
A fontos paraméterek, mint például a hőmérséklet és a páratartalom megbízható mérésében különböző eszközök, mint például a Sensirion Smart Gadget SHT40-el, kijelzővel és Bluetooth 4.0-val, valamint különféle hőmérséklet- és páratartalom-adatgyűjtők segíthetik munkáját.
THT LED vezetékek formázása
„Amennyiben az alkalmazás megköveteli a LED vezetékek formázását, ügyeljen egy fontos tényre. A vezetékek alakításakor óvja meg a LED „házát”, valamint a chip-et a nyomástól. Még a rövid távú megnövekedett mechanikai igénybevétel is károsíthatja a LED-chip finom érintkezőit, és így a LED teljes meghibásodását okozhatja.“ – tette hozzá Martin Brestovič.
A gyakorlatban ez könnyen megvalósítható úgy, hogy a felső részben (a háznál) a vezetékeket például csipesszel vagy más megfelelő mechanikus eszközzel megtámasztjuk. A házra nehezedő nyomás minimalizálására vonatkozó szabály a LED-del végzett bármilyen manipulációra vonatkozik, legyen az akár kézi, akár gépi.
Ezért a szilikon tokozású SMD LED-ek általában rendelkeznek egy előírt minimális fúvóka mérettel (“pick-up nozzle”) a gépi beszereléshez, hogy a viszonylag puha szilikonon keresztül a fúvóka nyomásának következtében a LED chip ne sérüljön meg.
ESD védelem
Az elektronikus alkatrészek, beleértve a LED-eket is, az alacsony feszültségű ESD (Electrostatic Discharge) események következtében hajlamosak megsérülni. Már a 10 voltnál kisebb kisülés is jelentős károkat okozhat, és nemzetközi kutatások szerint az elektronikai eszközök károsodásának mintegy 70%-át a kezelő általi nem megfelelő védelem okozza.
A nemzetközi szabványok szerint, beleértve az EN 61340 szabványt is, az ESD védelem fő eleme az ESD ruházat. Az elektrosztatikus kisülésekkel járó kockázatokat azonban más antisztatikus eszközök és segédeszközök, például ESD-szerszámok-szerszámok és különféle tartozékok is csökkentik.
Az ESD-védelem viszonylag tág fogalom, és a LED-alkatrészek esetében minden fontos információt megtalálunk, például a Kingbright „Technical Notes” című kiadványában. Az InGaN és GaN (indium-gallium-nitrid) technológián alapuló LED-ek különösen érzékenyek az elektrosztatikus kisülés okozta károkra.
Érdekes és közismert tény az is, hogy az elektronikus alkatrészek ESD kisülés általi károsodásának megelőzése érdekében célszerű elkerülni a rendkívül alacsony páratartalmat a gyártási területeken. Ilyen környezetben az ideális páratartalom 40-60% RH.
Forrasztás
Abban az esetben, ha SMD alkatrészeket kézzel forrasztunk, pl. a prototípus gyártása során, a forrasztócsúcs hőmérséklete nem haladhatja meg a 350 °C/3 sec értéket a toktól számított 2mm-es kötési távolságban. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a kék, fehér és zöld (525nm) típusok esetében egyes források csak 280 °C-os csúcshőmérsékletet javasolnak – különösen az SMD LED-ek kézi forrasztása során a prototípusokban.
A reflow folyamat hőmérsékleti profilja általában az adott LED adatlapján található. Ólommentes folyamat esetén a határérték általában 260 °C, maximum 10 másodpercig.
Tisztítás
Az esetek többségében a beépített LED komponensekkel ellátott PCB nem igényel tisztítást. De ha bármilyen okból szüksége van rá, akkor csak nem agresszív, jellemzően etanol vagy izopropanol alapú tisztítószerek vagy nem agresszív vízbázisú tisztítószerek használatát javasoljuk. A túl agresszív tisztítószerek behatolhatnak magába a LED chipbe, és például korróziót okozva, károsíthatják azt.
Kínálatunkban kímélő tisztítószerek is találhatók, pl. Kontakt IPA normál 200 ml-es spray változatban, vagy előnyös, 5 literes kiszerelésben.
Csatlakozás elektronikus áramkörhöz
A LED-ekre, mint szinte minden diódára, az áramerősségtől függően csak kismértékű feszültségváltozás jellemző. Ezért a LED tápáramkört csak áramforrásként tervezzük, legegyszerűbb esetben sorba kapcsolt ellenállást használva.
Szintén tanácsos kerülni a LED-ek párhuzamos csatlakoztatását egy közös ellenállással, mivel a LED-ek nyitófeszültsége Vf (forward voltage) azonos áramerősség mellett sosem pontosan ugyanolyan értékű. Ez a legalacsonyabb Vf-vel rendelkező LED-ek áramtúlterhelését okozhatja, ahol a megnövekedett áramerősség megpróbálja a Vf-et a többi párhuzamosan kapcsolt LED-del azonos szintre "kompenzálni".
Egyes LED-ek teherbírása a műszaki adatlapban említett ún. impulzus üzemmód (pulse mode), amikor lehetőség van meghatározott ideig (általában több tíz ms-ig) a szabványosnál lényegesen nagyobb áramerősséggel táplálni a LED-eket.
PCB tervezés
Az egyes SMD LED-ekhez az adatlapokban általában megtaláljuk az ajánlott forrszem-kialakítást (“solder pads”).
Egy tapasztalt tervező természetesen használhat más formát is, pl. nagy teljesítményű LED-eknél a kellően nagy rézfelület segíti a hőelvezetést. Általában azonban szükség van a forrasztási terület határának megfelelő kiválasztására egy forrasztásálló (solder resist) maszk segítségével, hogy megakadályozzuk a LED előre nem látható eltolódását a reflow folyamat során.
Befejezésül
„Mint már az elején említettem, a LED-ek érzékeny alkatrészek, amelyek megfelelő kezelést igényelnek a manipuláció és a telepítés során. Talán segítettem megtalálni a hibák egy részét, és megoldást is találtam rájuk. Ha van tapasztalata a LED-ekkel kapcsolatban, és egyéb olyan hibákról is tud, amelyek veszélyeztethetik a fejlesztést és a gyártást kérjük, osszák meg velünk! Tekintse meg weboldalunkon a LED diódák széles választékát további projektjeihez is” teszi hozzá a cikk végén Martin Brestovič, az SOS electronic termékszakértője.
LED kínálatunkkal kapcsolatos további műszaki információkat weboldalunkon talál. Kérdéseivel kérjük, forduljon hozzánk bizalommal az info@soselectronic.hu címen.
Önnek is tetszenek cikkeink? Ne maradjon le egyről sem! Nem kerül erőfeszítésébe, mi eljuttatjuk Önhöz.
