Suche Begriff: "Verschlechterung der Eigenschaften eines Halbleiters auf Grund falscher Benutzung"

[Guido C. (guidoanalog)]

Hallo,

wenn ich einen Halbleiter außerhalb der vom Hersteller spezifizierten 
Vorgaben betreibe altert der Halbleiter schneller oder geht gar kaputt. 
Altern bedeutet für mich so viel, dass der Halbleiter nicht mehr die im 
Datenblatt spezifizierten Werte einhält. Gibt es für dieses Altern einen 
Begriff? Mit fällt nur "Degradation" ein. Ist dies hier der richtige 
Begriff? In meinem Fall geht es speziell um eine Leuchtdiode.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

[(prx) A. K. (prx)]

Guido C. schrieb:
> Gibt es für dieses Altern einen Begriff?

Was gefällt dir an "Alterung" nicht? Zu sehr Deutsch? Dann nimm "aging". 
Der technische Hintergrund kann recht verschieden sein, also was genau 
dazu beträgt. Degradation als Begriff für die Auswirkung bei LEDs hast 
du ja auch schon gefunden. Also was fehlt dir?

[Guido C. (guidoanalog)]

Hallo,

A. K. schrieb:
> Was gefällt dir an "Alterung" nicht?

Alterung ist nicht schlecht. Irgendwie ist mir der Begriff nicht in den 
Sinn gekommen.

A. K. schrieb:
> Degradation als Begriff für die Auswirkung bei LEDs hast
> du ja auch schon gefunden. Also was fehlt dir?

Die Bestätigung, dass der Begriff im Zusammenhang mit Halbleitern 
sinnvoll ist.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

[(prx) A. K. (prx)]

Das wäre dann nicht die normale Alterung, sondern Ursache für vorzeitige 
oder beschleunigte Alterung.

[Wilhelm F. (Gast)]

Mir ist bei Halbleitern auch nur der Begriff "Alterung" bekannt.

Es gibt da in statistischen Rechnungen Zwischenbegriffe, wie 
Beschleunigungsfaktor, Beschleunigungsrate, meist durch Temperatur.

Wo ich eine Alterung durch höhere Temperatur mal wirklich sah, wobei die 
Temperatur aber wohl noch im Rahmen des Datenblattes lag, das waren mal 
Festspannungsregler, schon nach 2 Jahren kaputt. Sie wurden über diese 
Zeit am oberen Temperaturlimit betrieben. Die Entwickler sparten 
Kühlung. Richtig kaputt eigentlich nicht, aber die Ausgangsspannung 
außerhalb der Spezifikation geraten. Damit ist der Baustein dann aber 
per Definition kaputt. Der Festspannungsregler ist aber auch ein Gebilde 
aus vielen Transistoren Analogschaltung, wo sich Driften wohl besonders 
schnell zeigen, multiplizieren.

[Guido C. (guidoanalog)]

Hallo,

vielen Dank für die Unterstützung.

Wie bereits erwähnt geht es bei mir um eine LED. Ich habe eine 
spannungsgesteuerte Stromquelle, die es erlaubt den Strom durch die LED 
zwischen 0 und (geschätzten) 50 mA anzusteuern. Laut Datenblatt erlaubt 
die LED einen Dauerstrom von 40 mA. Was ich zum Ausdruck bringen möchte 
ist, dass der Strom im Pulsbetrieb die 40 mA (kurzzeitig) überschreiben 
darf. Ein Strom von z. B. 41 mA im Dauerbetrieb die LED jedoch früher 
altern lässt oder gar zerstört. Irgendwie ist mir hierbei das Wort 
"Degradation" in den Sinn gekommen.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

[Peter R. (pnu)]

Danke erstmal, dass jetzt das Problem konkreter dargestellt ist.

Erst einmal: auch bei 40mA und weniger wird die Diode eine Degradation 
erleiden, dh. irgendwann geringere Leuchtwirkung haben.

Der Hersteller kann das auch nicht vermeiden, er gewährleistet 
üblicherweise die Helligkeit nur in Verbindung mit einer angegebenen 
Lebensdauer zusammen.

Also in der Form" Die Lebensdauer von 50000 Stunden wird nur bei 
Einhaltung der Grenzwerte gewährleistet".

Wenn der Grenzwert (40mA) geringfügig überschritten wird, ist die 
entscheidende Größe die Temperatur der Diode. Wenn z.B. die 
Umgebungstemperatur geringer als der Grenzwert ist, kann das 
Überschreiten auf 50mA ohne Folgen sein.

Außerdem spielt die Wärmeträgheit der Diode eine Rolle (so im 
Zehntel-Sekundenbereich). Kurzzeitig größere Ströme gehen, wenn 
dazwische Pausen liegen. Für solch impulsförmige Belastung gibt es 
Kurvendiagramme, die den erlaubten Spitzenstrom in Abhängigkeit von der 
Pulsfrequenz darstellen.

[Magnus M. (magnetus)]

Guido C. schrieb:
> Laut Datenblatt erlaubt die LED einen Dauerstrom von 40 mA.

Wo steht das? Unter "Electrical Characteristics" oder unter "Absolute 
Maximum Ratings"?

--> zeig mal das Datenblatt.

[Matthias K. (matthias_k23)]

Guido C. schrieb:
 Laut Datenblatt erlaubt
> die LED einen Dauerstrom von 40 mA. Was ich zum Ausdruck bringen möchte
> ist, dass der Strom im Pulsbetrieb die 40 mA (kurzzeitig) überschreiben
> darf.


Wenn im Datenblatt kein Impulspitzenstrom für eine bestimmte Zeit 
notiert ist, würde ich den Dauerstrom nicht überschreiten.
Ansonsten klingen doch die deutschen Worte wie Alterung oder Degradation 
nicht unrecht.
Soweit ich mich noch erinnere, beschreibt die Intrinsiczahl einer 
Halbleitermischung die Fähigkeit ebendieser Ladungsträger zu kombinieren 
und rezukombinieren. Und diese Zahl unterliegt einem innerem und äußerem 
Derating -- d. h. Veränderung über die Zeit, und in diesem Falle 
bedeutet es Verschlechterung.
Die Leitfähigkeit schwindet, ne LED wird schwächer ...
Inneres Derating --> JEDER Silizium- Halbleiter hat eine statistische 
Halbwertzeit von ca. 7 Jahren (d. h. Dauerbetrieb knapp unterhalb 
spezif. Grenzen max. 7 Jahre bei siliziumdotierten und 5  Jahre bei 
germaniumdotierten und die Hälfte aller Halbleiter fällt aus *)
Äüßeres Derating --> Halbleiter werden von Teilchen aus anderen Quellen 
getroffen und rekombinieren/kombinieren .. also Teilchen aus 
Strahlungsquellen wie Sonne oder AKWen. Das kann so stark sein das es 
Lawineneffekte hervorruftoder die Kristallgitter-Struktur zerstört, ihn 
sofort zerstört. Aber das ist wieder eine andere Geschichte

So alle Angaben ohne Gewähr, denn die Vorlesung war vor 20 Jahren und 
mein Hirn hat auch ein gewisses Derating ...

:)
* --> Deswegen fahr ich lieber Oldtimer, da kann keine Scheißelektronik 
verrecken

[Guido C. (guidoanalog)]

Hallo,

ich habe jetzt sinngemäß geschrieben, dass sich die technischen 
Eigenschaften der LED verschlechtern oder die LED zersört wird, wenn man 
sie ungepulst mit 42 mA Durchlassstrom betreibt.

Für alle die es interessiert, es geht unter anderem um die LED L8045 von 
Hamamatsu.
http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/l8045_kled1049e01.pdf

Im Datenblatt der LED steht unter "Absolute maximum ratings" ein 
Durchlassstrom von 40 mA. Leider steht im Datenblatt nichts über den 
Pulsbetrieb. Somit darf ich die LED auch im Pulsbetrieb nicht mit mehr 
als 40 mA betreiben. Dies ist mir durchaus bewusst. Bei meinem 
Testaufbau bin ich jedoch absichtlich bis auf 42 mA "gegangen". Ich 
wollte bei der Beschreibung zu dem Testaufbau klar machen, dass es keine 
gute Idee ist die LED dauerhaft mit 42 mA zu betreiben. Im Pulsbetrieb 
wird die LED dies sicher länger überleben als der Testaufbau Bestand 
hat.

Vielen Dank nochmals für Eure Unterstützung.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

Hallo Guido

üblicherweise ist es ein Wärmeproblem welches zu einener lokalen 
überhitzung und damit zu rapiden veränderungen im kristalgefüge führt.
da spielt also der thermische widerstand eine role und das zeitliche 
mittel eine weitere eskommt also wie bei transistoren darauf an den chip 
nicht zu überhitzen. Mit ausreichend hoher Frequenz und kann man also im 
zeitlichen Mittel an die 40mA Grenze gehen.

[Benedikt L. (benedikt77)]

In Datenblättern liest man auch oft den Ausdruck:

"Exposure beyond absolute-maximum-rated condition of junction 
temperature may affect device reliability."

Gruß

Benedikt

[Rainer V. (rudi994)]

Siehe auch: [betriebsbedingte] normale/vorzeitige Alterung/Abnutzung;
künstliche Alterung, z.B. Testbetrieb/Lagerung bei erhöhter Temperatur;
beschleunigte Alterung oder Totalausfall durch ungeeignetes Material, 
z.B. bei LEDs Trübung des Plastikgehäuses durch UV-/Sonnenstrahlung. Es 
geht also nicht nur um eine Überschreitung von elektr. Grenzwerten.

[Feadi F. (feadi)]

Hi

das wird hier in der Qualitätsicherung und bei IC-Herstellern EOS 
(Electrical Over Stress) genannt. ("Elektrische Überlastung")

'Alterung' ist ja ein Prozess der alleinig durch vergehende Zeit 
geschieht. 'Vorzeitige Alterung durch Überlastung' könnte man es ja auch 
noch nennen. Aber ich bleibe auf jeden Fall bei dem in der Industrie 
geläufigen EOS.