LED TEKNOLOJİLERİ SATIŞ UZMANI
LED armatür üreticilerinin ürünlerinde zaman zaman arızalar çıkar ve ürünlerin sahada değişimi esnasında üreticiler ciddi maliyetlerle karşılaşır. Bu tarz risklerin önüne geçmek için üreticiler arıza analizi yapıp yeni tasarımlarında bu riskleri minimuma indirmek ister. Son dönemlerde çok fazla karşılaşılan ve arıza analizi yaparken anlaşılması güç olan sebeplerin arasında Elektriksel Aşırı Stres (EOS) ve Elektrostatik Deşarj (ESD) problemi geliyor. Genelde bu arızalar birbiriyle karıştırılıyor. Bu
makalemizde EOS ve ESD arasındaki farkı, bu problemlerin sebeplerini ve bu arızaları minimuma indirmek için tasarımlarda ve üretimde nelere dikkat edilmesi gerektiğini inceleyeceğiz.
Elektriksel Aşırı Stres (EOS) ve Elektrostatik Deşarj (ESD) Farkı
EOS denilince akla ilk gelen genelde ESD’dir. Bazen bu iki terim birbirinin yerine de kullanılıyor. Fakat ikisi arasında küçük farklılıklar mevcut. ESD genellikle çok kısa sürede (nanosaniye gibi) kV’a kadar varan anlık yüksek voltaj atlamaları ile olur, EOS ise daha uzun sürede (milisaniye hatta saniye) gerçekleşir. ESD’yi EOS’un bir alt kümesi gibi düşünebiliriz.
- ESD çoğunlukla sistem kapalıyken gerçekleşir, hasarı küçük delikler/ çatlaklar şeklinde epitaksiyel tabakada (EPI, LED’i oluşturan katmanlarda) oluşur.
- EOS çoğunlukla güç modunda yani sistem çalışırken gerçekleşir. Hasarı genellikle aşırı ısınma/yanma şeklinde görülür (EPI tabakasında/bağ telinde erime gibi).
Elektrostatik Deşarj (ESD)
Elektrostatik deşarj (ESD), iki nesne temas ettiğinde statik elektriğin serbest kalması olarak, statik elektrik ise bir malzemenin yüzeyindeki dengesizlik/elektron transferinden kaynaklanan elektrik yükü olarak tanımlanır.
Basitçe anlatmak gerekirse ESD, statik yükün bir gövdeden diğerine aktarımı (genellikle temas yolu ile)
demektir. ESD sorunu genellikle ürün çalışmıyorken, dizgi, üretim, montaj, taşınma ve nakliye sırasında
gerçekleşir. Statik elektrik bir nesneden başka bir nesneye (LED) aktarıldığında ESD olayı meydana gelir. Bir ESD olayı genellikle “gerilim sıçraması” ile karakterize edilir.
ESD’nin LED Üzerindeki Etkileri ve Belirtileri
ESD cihaza aktarılan ve LED’e zarar verebilecek ani enerji patlaması olarak tanımlanabilir. Bu ani enerji patlaması LED’in yapısında mikro çatlaklar ve yapısal bozukluklara neden olabilir. LED yapısında oluşan kusurlar da aşağıdaki arızalara sebep olabilir:
- Yıkıcı arıza: LED çalışmayı durdurur ve yanmaz.
- Belirti göstermeyen arıza: En problemli arıza çeşididir. LED çalışmaya devam eder ve kısmi bozulmaya uğrayarak düşük performansa veya kullanım ömrünün azalmasına sebebiyet verir. İlk anda tespit edilemez, ürün sahadayken yüzlerce/ binlerce saat sonra ortaya çıkabilir ve EOS hasarlarını tetikler.
Belirtiler:
ESD’den dolayı hasar gören LED, aşağıdaki durumlardan birkaçını (veya tümünü) göstermiş olabilir:
- Nominal akımda artık yanmayacaktır.
- Mikro çatlaklar veya LED çip bağlantı noktalarındaki yapısal bozulmalar sebebiyle ters kaçak akımda artış olacaktır.
- Düşük akımda anormallik veya ışık çıkışı olmayacaktır.
ESD İçin İnsan Vücudu Modeli (HBM)
Daha önce belirtildiği üzere ESD’nin insan teması, makine, paketleme gibi çeşitli olası nedenleri vardır.
ESD hasarının en yaygın şekli ise insan temasıdır. İnsan vücudu modeli bir elektronik cihazın elektrostatik deşarjdan kaynaklanan hasara duyarlılığını karakterize etmek için en yaygın kullanılan modeldir. LED’in ESD’ye karşı duyarlılığı veya direnci, aşağıdaki HBM sınıflarına göre kategorize edilir.
ESD Riskini Montaj Esnasında En Aza İndirgemek
LED bileşenlerinin ve modüllerinin montajı sırasında ESD’yi en aza indirgemek için aşağıdaki ekipmanların kullanılması önerilir:
- Y Antistatik Bileklikler
- ESD’ye Uygun Ayakkabı
- Antistatik Tulum / Giysi
Elektriksel Aşırı Stress (EOS)
EOS problemine sebep olabilecek birçok etken vardır. Bir elektrik devresinde voltaj, akım veya aktarılan
enerjide hızlı, kısa süreli ani elektriksel geçişlere sıçrama denir. Enerji verildiğinde/kesildiğinde, ani yüksek akım/voltaj gibi birçok farklı kaynaktan gelebilecek bu sıçramalar EOS problemi oluşturur.
Eos’un Olası Nedenleri
• ESD kaynaklı yıkıcı olmayan hasarlar, zamanla akım/voltaj sıçramalarını tetikleyerek EOS
oluşumuna mutlak sebebiyet verecektir.
• Güç açma ve kapama sırasında oluşan bu sıçramalar bir LED devresinin ya da sisteminin sürücüsünden gelebilir.
• Eğer LED modülde ek bir koruma yoksa ve kırılım değerinden fazla bir sıçrama gerçekleşirse EOS oluşur.
• DOB tasarımlarda, sürücü devresinin yakınında kablo gruplarına bağlı olarak sıçrama meydana gelebilir, hatta sürücü ve LED bağlantısı direkt sıçrama kaynağı olabilir.
• Üretimde test aşamasında sistemde enerji varken LED modüllere ekleme/ çıkartma veya modül üzerinde onarma/ müdahale yapmak ani akım sıçramasına sebebiyet verebilir. Eğer bu eşik LED’in
teknik datasında belirtilen demeraj akımından yüksekse EOS oluşturup ciddi hasara neden olacaktır.
• LED’in sürüş akımı eğer LED’in teknik verisinde belirtilen maksimum çıkış akımına yakın ise; çıkış akımını düzenli regüle edemeyen yetersiz tasarlanmış bir sürücü veya sürücünün çıkış akımı toleransı sebebiyle maksimum akımı aşabilir ve LED’in arızalanmasına sebep olabilir.
• LED armatürün bulunduğu sistemde güç dalgalanmalarına, yıldırım gibi problem yaşatabilecek durumlara karşı ekstra harici bir koruma kullanılmıyorsa, bunların sebep olabileceği ani akım/voltaj sıçramaları LED modüllere zarar verebilir.
• LED modül üzerinde bulunan LED dizgileri, konektör, kablo lehimlemelerinde ufak bir temassızlık/ çatlak veya kayıklık gibi durumlar oluşur ise bunlar EOS problemine yol açabilir.
• Tek bir EOS olayı gerçekleştikten sonra hasar az olsa dahi başka EOS oluşumlarını tetikleyip LED’in
bozulmasına sebebiyet verebilir.
EOS’un LED Üzerindeki Belirtileri
• LED tamamen çalışmaz hale gelebilir.
• Verimlilikte, LED ömründe ve termal performansta ciddi düşüş olabilir ve kısa süre sonra çalışmaz hale gelebilir.
• Hasarın ölçüsüne bağlı olarak; LED üzerinde erimiş/yanık bir görüntü, kısa devre, kopmuş bağ teli, homojen olmayan ışık çıkışı görülebilir. Gözle görülmeyen fakat mikroskopla görülebilen hasarlar da meydana gelebilir.
EOS ve ESD Riskini Tasarım Esnasında En Aza İndirgemek
ESD riskini en aza indirgemek için tasarımımızda kullandığımız LED’i seçerken teknik özelliklerindeki HBM modelinde bahsettiğimiz ESD JEDEC Standardı sınıflarına dikkat etmek gerekir. LED’in mutlaka bu
standarda uygun olması gereklidir. Seçilecek LED’lerin koruma sınıflarının farklı olması durumunda ise hangi sınıfın yeterli olacağına tasarımımıza göre karar vermek gerekir. Bu detay LED’in ESD riskini minimize edecektir; fakat tüm sistemi EOS hatalarından korumak için tek başına yeterli değildir, ek önlemler almak gerekir. EOS problemine karşı tasarımda TVS kullanımı öneriliyor. LED’leri aşırı yüklere karşı korumak için kullanılabilir ve TVS diyotları 30KV aralığında koruma sağlayabilir. TVS diyotlarının farklı kılıfları (smd/dip), tek yönlü ve çift yönlü (seri olarak iki TVS içerir) olmak üzere farklı ürün tipleri mevcut. Tasarıma uygun olarak bu ürünlerden LED modülünüze eklemek, ürünü olası EOS problemlerine karşı koruyacaktır. TVS sistemde her zaman kapalı konumdadır, EOS durumu gerçekleştiğinde eğer sıçrama voltajı, TVS’in kırılım voltajından yüksekse açık duruma geçerek LED’i korumaya alır. TVS diyotu seçerken özellikle tepkime süresi ve kırılma voltajı değerlerine dikkat etmek gerekir.
