Obecnie często w urządzeniach montuje się diody LED i inne elementy optoelektroniczne. Jednak poza niezawodnością i trwałością takich elementów, powinniśmy również zwrócić uwagę na bezpieczeństwo ich montażu i obsługi.
Dioda LED (Light Emitting Diode), zarówno ołowiana (THT LED), jak i montowana powierzchniowo (SMD LED), jest dość delikatnym komponentem. Dlatego wszyscy wiodący producenci diod LED publikują swoje zalecenia dotyczące bezpiecznego obchodzenia się z nimi w formie tak zwanych „Uwag technicznych” i podobnych dokumentów.
Najczęstsze błędy w obsłudze diod LED:
- przechowywanie w nieodpowiednich warunkach,
- nieostrożne kształtowanie przewodów LED THT ,
- niewystarczające pomiary wyładowań elektrostatycznych (ESD),
- niewłaściwe lutowanie,
- niedbałe czyszczenie płytek drukowanych,
- nieprawidłowe połączenie w układzie elektronicznym,
- niewłaściwa konstrukcja płytki drukowanej i pola lutowniczego.
– Niezastosowanie się do zaleceń producenta skróci żywotność diody LED, a w skrajnych przypadkach może doprowadzić do jej całkowitej awarii. To nie musi to być uszkodzenie, która nastąpi po pewnym czasie eksploatacji diody. Zniszczenie może nastąpić na ostatnim etapie montażu lub ponownym włączeniu urządzenia. Naprawy są bardzo czasochłonne i kosztowne, a można im łatwo zapobiec. Co więcej, szkody spowodowane nieprzestrzeganiem zaleceń producenta nie podlegają reklamacji – powiedział Martin Brestovič, specjalista ds. produktów w SOS electronic.
Poniższy przegląd podsumowuje więc kilka podstawowych czynników, które mają istotny wpływ na niezawodne i długotrwałe działanie urządzenia, gdy są w nim wykorzystywane diody LED.
Przechowywanie
Podczas przechowywania diod LED ważne jest, aby regularnie sprawdzać temperaturę i wilgotność otoczenia. Zachowanie zalecanych warunków środowiskowych pozwoli uniknąć uszkodzenia diody LED podczas lutowania, ze względu na gwałtowne podgrzanie nagromadzonej w jej elementach wilgoci.
Zabronione jest również przechowywanie diod LED i innych elementów elektronicznych w miejscach, w których mogą występować agresywne gazy. Kwasowe opary mogą uszkodzić elementy LED, a także utlenić ich pola lutownicze. Skutkiem przechowywania w niewłaściwych warunkach jest zwykle słaba lutowność elementów LED.
Diody LED SMD są szczególnie wrażliwe na wilgotność powietrza. Dlatego należy je przechowywać zgodnie z instrukcjami producenta, tzn. w większości przypadków w szczelnie zamkniętym opakowaniu wraz z eksykatorem i wskaźnikiem wilgotności. Ważne jest, aby wiedzieć, do jakiej klasy wrażliwości na wilgoć należy dany element LED. Wszystkie informacje na temat produktu można znaleźć w jego arkuszu danych.
Poziom wrażliwości na wilgoć określany jest jako parametr MSL (Moisture Sensitivity Level) i ma zakres od 1 do 6, przy czym 1 odpowiada kategorii najmniej wrażliwej.
Na przykład dioda LED z parametrem MSL wynoszącym 3 może być przechowywana w otwartej torbie przez 168 godzin w temperaturze 30℃/60% wilgotności względnej, jak pokazano w poniższej tabeli:
Jeśli przekroczymy którykolwiek z parametrów (czasu, temperatury lub wilgotności), konieczne jest ponowne „dogrzanie” diody LED przed montażem, czyli wysuszenie jej zgodnie z poniższą tabelą.
Jednak nawet w przypadku tego procesu konieczne jest przestrzeganie zalecanych czasów i temperatur, w przeciwnym razie złożenie reklamacji w związku z uszkodzeniem diody LED nie będzie możliwe.
Diody LED z przewodami są również częściowo wrażliwe na wilgotność powietrza i w przypadku przechowywania w otwartym opakowaniu przez ponad 72 godziny zaleca się ich suszenie przez około 30 godzin w temperaturze 85-100 °C.
Różne urządzenia, takie jak np. Smart Gadget SHT40 marki Sensirion z wyświetlaczem i Bluetooth 4.0, a także różne rejestratory temperatury i wilgotności, pomogą Ci w niezawodnym pomiarze istotnych parametrów, takich jak temperatura i wilgotność.
Kształtowanie przewodów diod LED THT
– Jeśli dane zastosowanie wymaga kształtowania przewodów elementów LED, pamiętaj o jednym kluczowym fakcie. Podczas kształtowania przewodów należy unikać przenoszenia nacisku na obudowę diody LED, jak również na jej układ scalony. Nawet krótkotrwałe, zwiększone naprężenia mechaniczne mogą spowodować zerwanie drobnych styków z chipem LED, a w konsekwencji doprowadzić do całkowitego uszkodzenia diody – dodał Martin Brestovič.
Przewody można łatwo kształtować przytrzymując je w górnej części (w obudowie), na przykład za pomocą pęsety lub innego właściwego urządzenia mechanicznego. Zasada minimalizowania nacisku na obudowę dotyczy wszelkich działań związanych z diodą LED, zarówno tych wykonywanych manualnie, jak i przy pomocy narzędzi.
Dlatego diody LED SMD z silikonową obudową mają zwykle określoną minimalną wielkość końcówki montażowej na urządzeniu, aby zapobiec bezpośredniemu naciskowi końcówki na chip LED przez stosunkowo miękki silikon.
Ochrona przed ESD
Elementy elektroniczne, w tym diody LED, są podatne na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) o niskim napięciu. Nawet wyładowanie o napięciu poniżej 10 V może spowodować znaczne uszkodzenia, a według międzynarodowych badań około 70% awarii urządzeń elektronicznych jest spowodowanych niewystarczającą ochroną operatora.
Zgodnie z normami międzynarodowymi, w tym z normą EN 61340, głównym elementem ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi jest odzież antystatyczna ESD. Również inne urządzenia i pomoce antystatyczne, takie jak narzędzia ESD i akcesoria, zmniejszają ryzyko związane z wyładowaniami elektrostatycznymi.
Ochrona ESD to stosunkowo szeroki temat, a w przypadku komponentów LED wszystkie ważne informacje umieszczone zostały m. in. w ulotce Kingbright „Uwagi techniczne”. Diody LED oparte na technologii InGaN i GaN (Indium-Gallium-Nitride) są szczególnie wrażliwe na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi.
Interesującym i dobrze znanym faktem jest to, że aby zapobiec uszkodzeniu elementów elektronicznych przez wyładowania elektrostatyczne, wskazane jest unikanie ekstremalnie niskiej wilgotności powietrza w obszarach produkcyjnych. Idealna wilgotność w takim środowisku wynosi 40-60% RH.
Lutowanie
Jeśli lutujemy elementy SMD ręcznie, np. podczas produkcji prototypu, temperatura końcówki nie powinna przekraczać 350°C / 3 s przy odległości spoiny od obudowy wynoszącej co najmniej 2 mm. Należy pamiętać, że dla typów niebieskich, białych i jasnozielonych (525nm) niektóre źródła zalecają temperaturę końcówki tylko 280°C – zwłaszcza w przypadku ręcznego lutowania diod SMD w prototypach.
Profil temperaturowy dla procesu rozpływu można zwykle znaleźć w karcie katalogowej konkretnej diody LED. W przypadku procesu bezołowiowego temperatura graniczna wynosi zwykle 260°C i trwa maksymalnie 10 sekund.
Czyszczenie
W większości przypadków nie ma potrzeby czyszczenia płytki drukowanej z zamontowanymi elementami LED. Jeśli jednak jest to konieczne, niezależnie od powodu, zalecamy stosowanie wyłącznie łagodnych środków czyszczących na bazie etanolu lub izopropanolu albo łagodnych środków czyszczących na bazie wody. Zbyt agresywne środki czyszczące mogą przedostać się do chipu LED i uszkodzić go, na przykład powodując jego korozję.
W naszym asortymencie znajdują się również delikatne środki czyszczące. Na przykład spray Kontakt IPA w standardowym opakowaniu 200 ml lub dużym, uzupełniającym, o zawartości 5 l.
Połączenie w układzie elektronicznym
Diody LED, jak prawie wszystkie diody, charakteryzują się jedynie niewielką zmianą napięcia w zależności od natężenia prądu.
Dlatego obwód zasilający diodę LED zaprojektowano tylko jako źródło prądu, w najprostszym przypadku z wykorzystaniem szeregowo połączonego rezystora.
Należy również unikać równoległego łączenia diod LED z jednym wspólnym rezystorem, ponieważ nigdy nie mają dokładnie takiego samego napięcia w kierunku do przodu (Vf) przy tym samym zasilaniu. Może to spowodować przeciążenie diod LED o najniższym napięciu do przodu – zwiększony prąd próbuje „wyrównać” napięcie do przodu do tego samego poziomu, co pozostałe diody LED połączone równolegle.
Niektóre diody LED mają również opcję zwiększenia obciążenia w tzw. trybie impulsowym, o którym mowa w karcie technicznej, kiedy to przez określony czas (zwykle kilkadziesiąt ms) można zasilać diody LED mocą znacznie wyższą, niż standardowa.
Model płytki drukowanej
Dla każdej diody LED SMD w karcie katalogowej można zwykle znaleźć zalecany model pola lutowniczego.
Doświadczony projektant może oczywiście zastosować inny kształt pola, na przykład w przypadku diod LED o dużej mocy odpowiednio duża powierzchnia miedzi pomaga w odprowadzaniu ciepła. Zwykle jednak konieczne jest odpowiednie zaznaczenie granicy obszaru lutowanego za pomocą maski lutowniczej, aby zapobiec nieprzewidywalnym przesunięciom diod LED podczas procesu rozpływu.
Podsumowanie
– Jak już wspomniałem na początku, diody LED to delikatne elementy, które wymagają odpowiedniej ostrożności podczas przenoszenia i instalacji. Mam nadzieję, że udało mi się wyjaśnić najczęściej popełniane w ich obsłudze błędy, a także jak im zaradzić. Jeśli masz doświadczenie z montowaniem diod LED i wiesz, jakie inne poważne błędy popełniane są podczas pracy z nimi i które mogą zmieć poważne konsekwencje dla produkcji, skontaktuj się z nami. Na naszej stronie internetowej można również zapoznać się z szeroką ofertą diod LED do innych projektów – powiedział Martin Brestovič, specjalista ds. produktów w firmie SOS electronic.
Więcej informacji technicznych na temat produktów z asortymentu diod LED można znaleźć na naszej stronie internetowej. Jeżeli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z nami pod adresem info@soselectronic.pl
Czy spodobały Ci się nasze artykuły? Nie przegap żadnego! Zajmiemy się wszystkim za Ciebie i chętnie sami Ci je dostarczymy.
