電子回路設計開発コミュの【質問】LEDの故障モードは？

LED(発光ダイオード）の故障モードですが、一般に多いのは

Ａ）開放
　　白熱灯でいう断線のように、A-K間の抵抗が大きくなる

Ｂ）短絡
　　接合部の劣化などによるモレ電流の増加などでK-A間の抵抗が小さくなる、もしくは順方向電圧降下が小さくなる

のいずれでしょうか？

手許の資料をめくってみたりしたのですが、古い時代（70年代）は、ボンディング劣化による開放モード故障が主流のような書き方のようです。新しい資料で、LEDの劣化原因について直接言及されているのは、熱故障のような話なので、上記Bの接合部劣化のようなメカニズムかと思われます。
確かな資料・参考図書などご紹介いただくか、メカニズムをご存知の方、ご教示をお願いします。

コメント(11)

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[1] mixiユーザー 04月07日 19:05

難しいことは、あまり、良くわかりませんが。

パッケージのエポキシ樹脂の劣化により、外部に出てくる光の量が減るみたいです。

解放モードになるのか、どうかは、故障原因となるストレスの種類によって
違うのではないでしょうか？

通電していないときでも、強烈な熱ストレス（加熱、冷却）などで、
ダイスとチップの間に、クラックが入り、不点灯となることもあるみたいですし。

昔の物では、真っ暗（発光しない）けど、電流は流れているものがある。
って、話だけは聞いたことあります。
直接確認したわけではありませんが。

[2] mixiユーザー 04月07日 19:12

セットメーカーの信頼性関連資料は以前エフェクター系コミュニティに諸々記してまし
たが（本来顧客向けなのがWeb管理の問題でアクセス可能な物も含め）、同様の物を日
亜他LED製造メーカーが顧客向けに用意してるのなら有るかも知れません。
（顧客とは通常セットメーカーなど大口需要家の事ですが）
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+%E4%BF%A1%E9%A0%BC%E6%80%A7%E3%80%80nichia
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+%E4%BF%A1%E9%A0%BC%E6%80%A7
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+reliability

業務上（前職は輸入代理店・現在はフリー）LEDの自然故障に遭遇した事は滅多に有り
ませんが、例えばLDが各種要因で破壊してしょぼいLED状態に成る様な解りやすい状態
は滅多に無かったと思います・・・輝度低下が生じるとかでも比較対照が無いと解らな
い事なので、気付かないケースも多々有りそうですが。

電気的故障はDiodeの一種で有るからにはDiodeの故障状況と近似するのだと思われますが、
発熱要因からはパワー系Diodeと近似する等も。

蛍光材/紫外線やレジン等素材に起因する各種も有りますね。

・・・故障メカニズムなどは、先のリンクにそういう書籍も有りました。

[3] mixiユーザー 04月07日 19:20

＞昔の物では、真っ暗（発光しない）けど、電流は流れているものがある。
＞って、話だけは聞いたことあります。
＞直接確認したわけではありませんが。

僕もあまりよく解っていないけど・・・

激安のLEDを数00万個とか使って知りました。
通電時間に応じて順方向電圧が次第に高くなり、光らなくなる。
でもダイオードとして機能をしなくなるわけじゃない。

光らなくなってしまうLEDは新品の段階でも順方向電圧が高い
（と言っても数ミリボルト）いので、検査して弾く様にしました。

順方向電流が多いほど症状が出やすいです。

LEDメーカーはボンディングの問題と言っていたけど、
ボンディングでどういう問題があったのか聞いていないし、
故障メカニズム（故障との因果関係）を説明されていないので・・・
ボンディングが原因という話しは信じられなかったです。

[6] mixiユーザー 04月07日 19:28

関係ないですが、良くAudio系でリファレンス（電流/電圧）用途などにLEDを複数組み
合わせて使われてるケースが有りますが、LEDは外部の光エネルギーで暗電流（漏電流
＞という表現が正しいかどうか？）が変化するという事を知らないからこそでしょうけど、
相互干渉する構造です。
http://elm-chan.org/junk/leddet/report.html

　貶めるつもりは無いですが、例えば：
　http://pds.exblog.jp/pds/1/200910/12/27/d0122127_23454025.jpg
　http://pds.exblog.jp/pds/1/200907/29/27/d0122127_0101830.jpg

・・・それではリファレンスに成らないと思うのですが（苦笑）。
（相互干渉でどこかに落ち着くから・・・と無理矢理考える事は出来ますけど・笑）

[7] mixiユーザー 04月07日 19:41

湿気に関しては、前職ではOPAmp等も日本固有の問題として幾つか問題が生じてました。
（樹脂モールドの微妙なクラックから内部が湿潤してしまい、導通不良や諸々の問題が
生じてしまう等）

これは例えばEmulator IIIという機器で使われてたSeagate（違ったかも）のHDDが、
スピンドル・モーターのグリースが吸湿・湿潤して膨張・固着してしまい、外部からモ
ーター軸部を叩くなどの衝撃を与えないと回転しなくなるという問題が有りました。

これをメーカー（シリコンバレー・乾燥地帯）に伝えても理解して貰えなかったのが、
同時期にAppleが同じDriveで致命的問題を招き（リコール物）、やっと理解して貰えま
したが（苦笑）。

製造されてる場所の環境では問題が生じなくとも、そういう湿潤問題などはアジア圏で
は結構生じてる事だと思います（他に塩害が生じやすい海岸地域なども）。

LEDの場合、通常全面的にレジン・モールドなので頻度としては少ないかも知れませんが、
それでもやはり日本（又はアジア）では無く乾燥地帯で製造された物は、そういう問題
が発生しやすいかも知れません（耐環境とか各種試験とか品質管理の問題ですが）。

[8] mixiユーザー 04月07日 20:57

＞・・・それではリファレンスに成らないと思うのですが（苦笑）。

その指摘で気付きました。
LEDでなくても、ダイオードは熱が端子間を移動するだけでもドリフトしますから、
リファレンスダイオードを電気的な事だけ考えてパワープレーンに直結するのも
ダメっぽいですね。

＞順方向電圧の高低で寿命スクリーニングできるというのは、貴重なノウハウだと思います
＞（公開して大丈夫ですか？）。

え・・・

[10] mixiユーザー 04月07日 23:37

LEDを使うのは、熱（ショット）雑音などがツェナー等よりも少ないから・・・という
事で使われる様です（FET使えば良いのに）。

・・・それは良いとして、先の様なレイアウトは新たな問題を招いてると思います。

これは全然用途が異なりますが（ClosedLoop/リニアリティ補正目的）：
http://www.meta-design.jp/club_custom5.html
http://www.meta-design.jp/club_custom24.html

これでは有りませんが、LEDを温度センサーに応用する試みもどなたかが行われてました
（遮光する前提で）。
http://elm-chan.org/works/temp3/report_j.html
又異なる使い方として：
http://www.j-tokkyo.com/1993/G01R/JPH05-126867.shtml

動作周辺温度による寿命は結構変化する様です：
http://www.marktechopto.com/Engineering-Services/reliability-of-leds.cfm
（Figure 17）

NASAの信頼性関連情報は以下以外にも各種有ると思います：
http://parts.jpl.nasa.gov/docs/IJHSES-Final%208-2-02.pdf
http://www.hq.nasa.gov/office/codeq/rm/index.htm

経年劣化に関して：
http://downloads.hindawi.com/journals/apec/1982/826415.pdf

光らないのにDiodeとしては機能する状態は、例えば：
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20060904/index.html

・・・等と探せば膨大に有りそうです。

[11] mixiユーザー 04月08日 09:48

自己フォローします。

>熱（ショット）雑音などがツェナー等よりも少ないから・・・

”・・・”はそういう比較資料が有るのかどうか存じない無いので。

以下等からはどうなのだろうか？と思います。
http://home.hiroshima-u.ac.jp/hikari/study/studyold/tunnel.html
http://peshkin.mech.northwestern.edu/datasheets/Optoelectronics/LEDnoise_notes.pdf

こういう内容が根拠と成ってる様ですが：
http://www.diyaudio.com/forums/parts/35821-some-noise-measurements-leds-zener-diodes-7.html#post417008
http://www.diyaudio.com/forums/parts/35821-some-noise-measurements-leds-zener-diodes.html?perpage=10&pagenumber=1

直接関係ないですが、最近LED電球（白熱電球と置き換えて使う物）のノイズが問題に
成ってる様です（検索すると海外含め各種Hitしますが、以下の様な事にて）。
http://news.mixi.jp/view_news.pl?media_id=20&id=1168046

”電源コイルが発する磁力の影響”・・・は素人相手に説明しても仕方が無いと思った
のか、イバーター点灯（インバーター点灯の蛍光灯とは又異なるAC/DC変換など）など
回路方式の問題を隠したいからなのかは解りませんが、まさか東芝などの大手が対策し
てない事はあり得ませんが（東芝は白熱電球を製造終了してインバーター蛍光灯/LED電
球に完全にシフトする以上は）、ずさんな回路設計が招く問題だと思います。

>動作周辺温度による寿命

これは先のLED電球含め、超高輝度LEDではより一層大きな問題です。
（素子として公表されてる寿命と、現実的な動作寿命には大きな乖離が有るので）
http://panasonic-denko.co.jp/corp/tech/report/553j/pdfs/553_01.pdf
http://www.electronicjournal.co.jp/databooks/r026.html
（LEDも電解コンデンサーの様なアレニウス係数で算出される様です）

照明用途での寿命の定義に関して：
http://www.tlt.co.jp/tlt/tleds/ledkiso/ledkiso2.htm　”LEDの寿命”

>http://parts.jpl.nasa.gov/docs/IJHSES-Final%208-2-02.pdf

P4 Optical Deviceの項目です。

半導体信頼性に関して（NASAの情報も含まれます）。
http://en.wikipedia.org/wiki/Reliability_(semiconductor)

MIL-HDBK-217F Reliability Prediction of Electronic Equipment
http://www.quanterion.com/Publications/MIL-HDBK-217/MIL-HDBK-217F%20w%20N1%20and%20N2.pdf

ここは各種信頼性関連情報が有る様です：
http://www.quanterion.com/Publications/MIL-HDBK-217/index.asp

>http://downloads.hindawi.com/journals/apec/1982/826415.pdf

これは加速？試験（恒温槽等により、温度他環境負荷をシミュレートした上で予想する）
の信頼性に関して述べられた物でした（経年劣化に関しても記されてる様ですが）。

どこかに該当情報が有るとは思いますが：
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+AGEING+Reliability
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+Reliability+nichia+ageing

>光らないのにDiodeとしては機能する状態

先の内容にも一部そういう事が記されてたと思いますが（リンク先の情報の詳細を読ん
でる訳では無いので）、どこかにそのものの情報も有ると思います。
http://www.google.co.jp/search?&q=LED+defected+no+emission+diode
（この手の情報を日本語で探すのは非常に困難なので、基本的に英語です）

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