LED Alterung/Kennlinienverschiebung

Hier werden Fragen zu LED-Grundlagen beantwortet...

Moderator: T.Hoffmann

DoSchn
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Registriert: Mi, 20.03.24, 10:24

Mi, 20.03.24, 13:04

Hallo in die Runde,

ich habe mit meinen LED ein ähnliches Problem und bin nach langer Suche auf dieses Forum aufmerksam geworden.

Ich habe eine Solarleuchte entwickelt welche ich nun seit circa einem Jahr vertreibe. Nach dem nassen Winter habe ich festgestellt, dass manche Leuchten nicht mehr funktionierten und konnte bei der Problemanalyse feststellen, dass bei den defekten Leuchten immer eine LED einen kurzschluss verursacht hat. Hergestellt wird die Leuchte in zwei unterschiedlichen Farbtemperaturen. Warmweiss mit 3000K und Kaltweiss mit 8000K. Von dem auftretenden Defekt sind zu 80% die Kaltweissen LED betroffen. Zusätzlich ist aufgefallen, dass nur LED's betroffen sind welche komplett ungeschützt im freien montiert sind - Leuchten, die in der Nähe einer Hauswand oder eines Vordachs montiert waren funktionieren noch weshalb ich davon ausgehe, dass der Defekt mit einer zu hohen Luftfeuchtigkeit zusammenhängt.

Bei der Produktion sind mir nachfolgende Fehler aufgefallen:

1.
Es wurde zu heiß gelötet - 3 sec bei 380°C bis 400°C - Im Datenblatt des Herstellers wird eine Temperatur von max. 300 / 350°C beim Handlöten vorgeschrieben. (jenachdem wo man im Datenblatt liest)

2.
Die LED wurden teilweise erst nach mehreren Monaten bei offener Verpackungen verarbeitet.

3.
Nach dem zusammenschrauben der Leuchten übt die untere Abdeckungen des Gehäuses einen leichten Druck auf die LED aus. Laut Hersteller sollte auch dies vermieden werden.

Ich habe die Fehler in der Produktion direkt abgestellt, trotzdem bleibt natürlich ein gewisses Misstrauen gegenüber der LED da ich selbst den Fehler auch nicht rekontruieren konnte.

Bei Tests habe ich die Leuchten über mehrere Tage in ein Wasserbad gestellt, die LED für 3 Minuten bei 450°C erhitzt und trotzdem funktionierten die Leuchten nach dem "misshandeln" noch.

Wie genau macht sich der Fehler bemerkbar:

Wenn eine LED gerade am "sterben" ist verursacht diese bei einem kleinen Strom von 300µA einen Kurzschluss. Bei 6mA funktioniert diese jedoch noch normal. Nach einer gewissen Zeit nimmt die LED jedoch weiter schaden und funktoniert auch bei 6mA nicht mehr. Wenn ich nun den Strom stark erhöhe funktioniert diese jedoch auch wieder normal. Auffällig ist auch, dass die LED auch für einen kurzen Moment nach dem erhöhten strom bei 6mA funktioniert jedoch dann nach einer gewissen Zeit wieder einen Kurzschluss erzeugt.

Aktuell werden die LED noch bei mir im Keller per Hand eingelötet. Die Produktion wird jetzt jedoch umgestellt und eine größere Masse über eine industrielle Produktion beschafft. Bevor ich nun die große Masse produzieren lasse, möchte ich mir eigentlich zu 100% sicher sein, woran das Versagen genau liegt und hoffe, dass der ein oder andere Experte von Euch schonmal ähnliche Erfahrungen gesammelt hat und mir ein Tipp geben kann, wie ich über einen Test dieses Verhalten der LED rekonstruieren kann.

Meine aktuelle Vermutung: Bei einem zu heißen löten, dehnt sich das Metall aus und sorgt so für eine undichte Stelle zwischen Metall und Kunststoffgehäuse der LED. Dadurch können zu viele Wassermoleküle in Form von Wasserdunst in die LED eindringen welche zu einer Korrosion führen. Die Korrosion wird durch die anliegende elektrische Spannung verstärkt.

Mein Steuerungsentwickler und auch die Entwickler welche bei dem Unternehmen arbeiten, welches in Zukunft die Produktion der Leuchten übernimmt können es sich selbst nicht erklären / hatten in der Vergangenheit noch nicht so ausfälle und vermuten, dass an der falschen Verarbeitung lag.

Anbei habe ich mal noch das Datenblatt sowie ein paar Bilder der LED hochgeladen. In einem Ordner sind Aufnahmen der defekten LED, der zweite Ordner zeigt aufnahmen einer frischen / neuen LED.
DB_LED.pdf
(449.84 KiB) 29-mal heruntergeladen
LED_Beschädigt.zip
(450.93 KiB) 30-mal heruntergeladen
LED_Neu.zip
(467.67 KiB) 25-mal heruntergeladen
Für euch als Hintergrundinfo noch folgendes - ich selbst komme aus dem Maschinenbau und habe von der Elektronik sehr wenig Ahnung weshalb ich die Steuerungsentwicklung über einen Entwicklungsauftrag mit einem externen Unternehmen realisiert habe.

Ich wäre über jede Hilfe dankbar.

Herzlichen Gruß
Dominik Schneider, Solar-Rail
dieterr
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Fr, 22.03.24, 17:36

Aus meiner Sicht ist die LED nicht für den Anwendungszweck und bei den Umgebungsbedingungen geeignet, speziell die Luftfeuchtigkeit vermutlich. Das Löten bei erhöhter Temperatur mag da zusätzlich eine Rolle gespielt haben, ursächlich glaube ich allerdings nicht.

Davon abgesehen: wie sind die Betriebsparameter der LEDs?

Und, um solche Ausfälle zu analysieren, beschäftigen die Firmen komplette Abteilungen mit einem entsprechenden Gerätepark zur Analyse.
DoSchn
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Sa, 23.03.24, 13:37

Vielen Dank für Ihre Rückmeldung.

Betriebsparameter: 2,62V bei 6mA pro LED.

Feuchtigkeit:
Es hat sich tatsächlich Feuchtigkeit im Untergehäuse angesammelt. Beim Verdunsten erhöht sich die Luftfeuchtigkeit im unteren Gehäuse vermutlich auf nahezu 100%. Ich hatte bisher angenommen, dass die Vergussmasse der LEDs das Innenleben auch bei hoher Luftfeuchtigkeit schützt. Möglicherweise war der Optimismus hier zu groß.

Das Innenleben der oberen Gehäuse war bei fast allen untersuchten Gehäusen sehr trocken, daher gehe ich davon aus, dass sich das Wasser nur im unteren, transparenten Gehäuse befindet. Der Kopf der LED ragt zwar hinein, hat jedoch keinen direkten Kontakt mit dem Wasser. Die Platinen sowie die Beinchen der LEDs sehen sehr gut aus und zeigen keinerlei Anzeichen von Korrosion.

Anbei finden Sie ein Bild der Feuchtigkeit im Untergehäuse:
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2024-03-23 13_22_10-C__Users_User_Pictures_2024-03-23 12_30_49-(32) WhatsApp – Mozilla Firefox.png -.png (126.26 KiB) 484 mal betrachtet
Das Untergehäuse werde ich nun zusätzlich mit Ablauflöchern versehen, die auch für eine gute Belüftung sorgen:
Aublauflöcher_Untergehäuse.png
Aublauflöcher_Untergehäuse.png (174.42 KiB) 484 mal betrachtet
Gibt es bestimmte LED's dieser Bauform welche besser mit hoher Luftfeuchtigkeit klarkommen?
Ich habe mir bei der Entwicklung viele Solarleuchten von anderen Herstellern (von preiswert bis hochpreisig) angesehen. Der Typ LED, welchen ich verwende kommt eigentlich bei allen Herstellern zum Einsatz.

Zum besseren Verständnis auch noch ein paar Bilder vom Produkt:
2024-03-23 13_32_55-explosion.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png
2024-03-23 13_32_55-explosion.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png (252.49 KiB) 484 mal betrachtet
2024-03-23 13_33_31-innenseite-oberteil-119.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png
2024-03-23 13_33_31-innenseite-oberteil-119.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png (159.95 KiB) 484 mal betrachtet
2024-03-23 13_33_18-elektronik1.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png
2024-03-23 13_33_18-elektronik1.jpg ‎- Windows-Fotoanzeige.png (141.46 KiB) 484 mal betrachtet

Lieben Gruß
Dominik Schneider
dieterr
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Sa, 23.03.24, 15:54

Kondensiertes Wasser könnte tatsächlich die eigentliche Ursache sein, ich habe bei Wegeleuchten auch so etwas gehabt, die verbauten Ikea-Retros haben keinen Winter durchgehalten. Eine Leuchte direkt daneben, bei der das Kondenswasser konstruktiv sauber abgeleitet wird, dafür kein Problem.

Die verbauten LEDs sind allerdings in SMD Bauweise.
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