LEDは私たちが考えているよりも優れていますか？

LEDに関する従来の見識では、それらの最大逆電圧はかなり制限されており、通常5V〜8Vの範囲にあります。$V_{R(max)}$

そのため、実験の目的で、電流制限された電源を使用して、LEDを制御されたブレークダウン状態にしたかったのです。

もちろん、実際の絶縁破壊電圧は報告された保証よりもやや高いと予想していましたが、私が見つけた結果を期待することはできませんでした。さまざまな種類の「el cheapo」ブランドのない中国製インジケータLED（3mmおよび5mm、赤、緑、青、黄、白）を試しましたが、32V（電源が入っている）でもブレークダウン領域に入れることができませんでした供給が最大に達した！）$V_{R(max)}$

したがって、私は自分の仮定を再確認したかったので、さまざまなメーカー（例：Vishay、Nichia、Kingbright、Fairchild、Cree）の現在のデバイス（インジケーターおよび照明アプリケーションの両方に標準の3mmおよび5mm LED）の多くのデータシート（約40）を体系的に閲覧しました。それらのほとんどすべてが、報告し、一部のVishayデバイスの定格は6 Vです。$V_{R(max)}=5V$

私は非常に困惑しました。メーカーは保守的である傾向がありますが、25Vを超えるマージンは少し高すぎるように見えました。結局、（またはそのようなもの）を保証すると、LEDがいくつかの有用なアプリケーションに適した候補になるか、回路を単純化できます（たとえば、低電圧逆スパイクからLEDを保護する必要がありません）。とにかく、それはマーケティングの人々が自慢できるリストの別の箇条書きになるでしょう！$V_{R(max)}=25V$

もちろん、私のテストは製造元不明の12個のLEDに限定されていましたが、信頼できるソースからのLEDよりも優れているとは思いません。または、このような機能を備えた地球上で唯一のLEDの箱を見つけた、逆のマーフィーの法則を経験しましたか？！？

質問： 業界で知られているものを見つけていますか？実際のデバイスがはるかに優れているように見えるのに、なぜ彼らは非常に低い LEDを指定し続けるのですか？私は何かを見逃していますか？$V_{R(max)}$

編集

（私が得たい説明を実際に私に与えなかったコメント/回答を促したかもしれないいくつかのポイントを明確にするため）

すでに知っていること

• 絶対最大定格を超えるストレスは、データシートで報告された可能性があるデバイスを損傷し、通常ます応力が良く、これらの限界を超えている場合は、それを損傷します。

• これらの最大定格を超えた場合、メーカーに何も要求することはできません。あなたは未知の領域に自力でいます。あなたは彼を訴えることも文句を言うこともできません。

• 健全な設計者は、データシートに記載されている仕様以外の設計の一部を使用しません。優れた設計者は、部品が規定の最大定格を十分に下回るようにします。冒頭で述べたように、私は意図的に未知の土地に入って実験を行い、逆破壊についての期待と知識を検証しました。

私の仮定（おそらく間違っている;もし間違っていたら、理由を知りたい）

• ダイオードの最大逆電圧定格の主な制限要因は、そのブレークダウン電圧です。つまり、ブレークダウン（ツェナーまたは雪崩）が発生するまで、必要なだけ強力にダイオードを安全に逆バイアスできます。

• 故障自体は破壊的ではありません。逆電流の突然の増加は、特に高い逆電圧での消費電力の大幅な増加を引き起こすため、何らかの方法で電流を制限しない限り、PN接合は破壊されます。

• LEDのブレークダウンメカニズムは、通常のシリコン整流器やツェナーのような他のPN接合ダイオードと同じです。

• LEDは（ツェナーとは対照的に）ブレークダウンで動作するように設計されていないため、BD電圧は十分に指定されたパラメーターではないため、製造ばらつきは非常に大きくなる可能性があります。したがって、メーカーは適切な安全マージンを選択し、それを最大逆電圧として宣言します。

• ある程度の安全マージンが必要ですが、それは大きくなることはありません。IIRC、BD電圧は、ドーピングレベルと冶金接合のジオメトリに依存し、これらのパラメーターは、順方向バイアス時のダイオード特性にも影響します。LEDの「有用な仕様」が合理的に一貫している必要がある場合、ドーピングとジオメトリは一致している必要があります。したがって、BD電圧値を過度に広げることはできません。

私を困惑させ、LEDが故障するのを防ぐこと以上の問題があると思いました

• 定格最大逆電圧と実際のBD電圧（少なくとも+ 400％）の大きな差は何かを意味し、その背後にある理論的根拠があるはずです。上記の仮定を考えると、同じモデルのLEDでBD電圧の広がりが大きくなるとは信じられません。 10Vと30Vで入力されるもう1つ（私は修正される予定です）。

はい、これは広く知られています。それをテストした人なら誰でも知っています。金型メーカーは確かにそれを知っています。

5Vを超える逆電圧に対してLEDを指定しません。これは、測定可能なほど売上が増加せず（つまり、その機能を必要とする人はほとんどいないため）、各LEDタイプとそれが耐える電圧（実際には12V、他の人のために多分80V）。また、定量化や、場合によっては軽減するためのLED設計の変更を必要とする長期的な信頼性の問題もあるかもしれません。

5V定格は、プッシュプルドライバを備えた5V電源からマトリックスで駆動されるLEDが受ける逆電圧から得られます。これは、LEDを意図的に逆バイアスする数少ない時間の1つです（AC入力オプトカプラのLED最悪の場合の他のLEDの順方向電圧、または約-1.2V）。

多くのパラメーターが指定されていない（通常のデータまたはデータがまったくない）、または市場の大部分がそれを要求しないために大まかに指定されているだけです。たとえば、リバースベータ、BJTのVbeブレークダウン、インジケータLEDのVfの温度係数。

通常のLEDの実際の能力については、逆バイアス電圧がホットキャリアによるLEDの緩やかな損傷を引き起こすという証拠があります。たとえば、DOI 10.1109 / LED.2009.2029129は、-40Vが印加されている緑色のLEDの損傷を示しているため、高逆電圧ブレークダウンに依存するものをやみくもに設計することは賢明ではありません。

雷雨の中の木の下に立ち、生き残った場合、それは重要なことですか？ これは、LEDが-5Vを超える逆バイアスに似ています。

これは、ESDにさらされた逆バイアスと順バイアスの両方のLEDの感度を示すグラフです。Vrが-5Vを下回ると、左により敏感になることに注意してください。

（部分放電（PD）および絶縁破壊電圧（BDV）についての本を書くこともできますが、この編集は短くします;）

PN接合に逆バイアスがかかっている場合、電荷雲（積乱雲のような）は、欠陥が移動電荷（汚染粒子）である高電界電荷密度を生成し、加速されて粒子を（PDによって）爆発させる経路を形成しますデバイスを「巻き付け」（MVAトランス絶縁も）、またはBDVの壊滅的なイベントの前にストリーマーパスを作成します。（例：雷のようだが静かな）

逆バイアスLEDを除いて、私が推測している電界は5V / umの大きさです（空気中のほとんどの火花の場合は5kV / mmのようになります。Er定数がわずかに低い分子不純物は、周囲よりもフィールドと電荷小さいチップで白色LEDが-5Vで仕様化されている場合、>-10uA |の電流の流れによって蓄積される電荷​​。

逸話

スカボローの変圧器工場で私が調査した負傷した5 MVA配電変圧器には、$ mの責任問題がありましたが、完全な電力研究の性能フィールドテストがありましたが、BUTは頻繁な溶存ガス（DGA）分析で証明された溶存水素ガスでした）。このH2は、DIAC Relaxationオシレーターのように、オイル内の各PDイベントによって生成され、爆発レベルのよく知られた（その業界では）しきい値に達しました（4％が爆発しきい値の下限であるため、即座に採用されました）その後、徹底的なテストを実施して根本原因を見つけ、この誘電体で予想される通常の23kV電位からの汚染問題を修正しましたが、16 V / umを超える粒子で異常な電界を引き起こし、その周囲の油分子の放電と爆発を引き起こし、それにより故障しました長いCxHy炭化水素H2を解放するチェーン

同様の異なる汚染物質（窒化物、リン化ガリウム、ヒ素の正規分布と混合）は、逆バイアスPN接合の異常な電界によって加速され、LEDの寿命に悪影響を及ぼします。

この電荷は欠陥とリーク電流との関係を示しますが、傷のある接合部は均質な汚染物質とは異なり密集しているため、BDVは予測不能ですが、多くのPN接合部（VbeとLEDの応力レベルが始まる場所は既知ですが、構造が異なるとこの共通の故障メカニズムが示されます）さまざまな程度の加速感度。

要約すると、PN接合部のテストからの逆バイアスに対する耐性が高い場合、それはまだ傷が付いていないということではなく、百万分の1単位の粒子汚染の密度が低いということです。電荷加速は汚染物質の密度に対して線形ではなく、対数です。マイクロまたはナノサイズの損傷を爆発させるのは、衝撃運動エネルギーです。

編集を終了

逆バイアスの場合、電流の定格は通常RYで1 µA、BGWカラーで10 µAです。

逆バイアスが極度のマイクロパワーであると想像し、それを測定し、ESDクランプがない場合、経路が非常に異なるため、100ミリワットのオーダが順バイアス電流100ミリワット/​​平方ミリメートルよりも平方マイクロメートルあたりの電力が大きいことを想像してください。

どちらの方向の電力によっても制限されるツェナーダイオードとは異なります。バンドギャップは突然失敗するか、緩やかになります。

そのため、ストレスは目に見えず、接合部をさまざまに傷つけます。結果は、より高い接合容量、オフカラー、またはより低い強度、またはMTBFを大幅に低減するために傷が付いた状態で見ることができます。

短時間またはしばらく耐えられるかどうかは関係ありません。専門家は、ストレスレベルが信頼性またはパフォーマンスを低下させることを理解しています。

絶対最大定格が存在する理由がわからない場合は、それを無視したり疑ったりしないでください。

サイト訪問に行く前に2005年にクライアントに作成したエンジニアリングガイド。ESDおよびはんだの問題を解決し、1％のフィールド障害を引き起こします。これは後でプロセス改善の推奨事項によって修正されました。

ダイオードの逆電圧ストレスに関する研究記事

雑学テスト

なぜこれは悪い考えですか？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

データシートから絶対最大値を超えることは、必ずしも即座に壊滅的な障害を意味するわけではありません。これは、デバイスの寿命の残りの間、デバイスが再び仕様どおりに動作することを保証するために、製造業者がもはや適合しないと判断した領域に行ったことを意味します。

これは、仕様どおりに機能しないことを意味しますか？いいえ、メーカーが仕様どおりに動作することを保証しなくなったことを意味します。

また、テストは「不明な製造」のLEDで実行されたため、どのように評価されるかわかりません。

簡単に言えば、新しいLEDに数分間高い逆電圧を印加することは決定的なテストではありません。LEDの逆電流は、経年変化に応じて増加し（1）、ブレークダウン電圧も低下すると予想されます。寿命の終わりまでに、より低い逆電圧値でより多くのLEDが破損します。

それは不必要に生産歩留まりを低下させるでしょう。

必要以上の（LEDの使用のための）ブレークダウン電圧を指定すると、その仕様を満たさないがLEDとしてA-OKで動作する生産出力を拒否（または異なるグレードとして販売）する必要があります。ユーザーが整流器としての役割を2つ果たすことができるLEDを必要としない限り、これはコストやカタログの複雑さを増すだけです。