¿Por qué el queroseno impide que mis LED rojos se iluminen?

Inicialmente publiqué esto en chemistry.stackexchange pero no obtuve ninguna respuesta, así que lo vuelvo a publicar aquí.

Larga historia corta: tenemos un producto electrónico que está sumergido en combustibles (el queroseno es uno de ellos) y utiliza un LED RGB ( haga clic aquí para obtener la hoja de datos ). Debido a un problema de sellado en el recinto, el queroseno ha logrado entrar y cubrir los PCB. Lo interesante es el efecto que ha tenido en la PCB. La funcionalidad de la PCB no se ha visto afectada por completo, aparte del hecho de que el LED rojo en el módulo LED RGB ha dejado de iluminarse por completo. Lo hemos replicado nosotros mismos manualmente sumergiendo 2 nuevos PCB en queroseno durante un día y luego sacándolos y encendiéndolos y viendo que el LED rojo deja de iluminarse por completo. Los LED verde y azul continúan iluminándose bien.

El examen de las placas fallidas muestra que no hay otras fallas eléctricas. Es solo el LED rojo que deja de iluminarse por completo. Medimos el voltaje directo a través de cada uno de los LED en la condición de falla, pero no notamos ninguna diferencia significativa que explicara la falla.

Después de dejar secar los PCB, el LED rojo comienza a funcionar nuevamente. Entonces el problema no es permanente.

Mirando la última página de la hoja de datos, el material LED aparece como AlGaInP / GaAs . ¿Hay alguna reacción obvia entre el queroseno y estos materiales que explicaría por qué solo el LED rojo deja de funcionar?

Actualización 1 : He llevado a cabo los siguientes experimentos:

• Goteando queroseno en el LED.
• Sumergiendo el PCB + LED en queroseno mientras se ejecuta.

(Videos para seguir más tarde hoy, con suerte)

En ambos casos, no se percibió ningún efecto en el LED: continuó funcionando bien. Esto parecería indicar que el problema no es puramente óptico entre el queroseno y el LED. Hasta ahora, el problema solo ha ocurrido después de remojar el LED en queroseno durante algún tiempo.

Actualización 2 : tomé un PCB nuevo con LED (todavía no he hecho ninguna prueba solo con el LED) y lo empapé en queroseno. He tomado algunas fotografías de cerca del LED antes de remojarlo, después de remojarlo mientras no funciona y después de que continúa funcionando después de dejarlo secar.

Lo que muestran las fotos es que hay una protuberancia muy obvia en la lente LED durante el período en que no funciona. Una vez que el bulto retrocede, el LED se ilumina nuevamente.

Desafortunadamente, no tengo una cámara configurada en la PCB para ver el momento exacto en que deja de funcionar. Lo dejé en remojo durante aproximadamente una hora antes de que dejara de funcionar. Revisé el LED de vez en cuando y no noté ningún cambio en el brillo del LED. Vine a revisarlo una vez y estaba apagado. Mi sospecha es que el cambio es repentino.

A juzgar por la hinchazón, voy a adivinar que hay un daño mecánico interno que está moviendo algo y una vez que la hinchazón retrocede, vuelve a su posición.

Izquierda: LED empapado en queroseno; Derecha: LED normal

LED en estado fallido después de remojar

LED normal

Izquierda: LED empapado en queroseno después de dejarlo secar y en condiciones de funcionamiento; Derecha: LED normal

LED empapado en queroseno después de dejarlo secar y en condiciones de funcionamiento

Medimos el voltaje directo y no notamos ningún cambio.

Físicamente, estoy bastante seguro de que esto significa que la interfaz de semiconductores sigue produciendo fotones a la misma velocidad y longitud de onda que antes.

Entonces, algo les sucede a esos fotones.

Lo que debe hacer es obtener una fuente de luz roja que funcione de la misma longitud de onda (por ejemplo, otro de sus LED), extraer el material "lente" de un LED "donante":

por ejemplo, cortándolo con una cuchilla de afeitar, probando la transmisión de la luz roja antes y después de haber empapado ese material en queroseno.

Dado que esa lente es pequeña, probablemente deberías usar algo como un trozo de cartón con un agujero perforado con algún tipo de aguja (no dejes que el agujero sea pequeño, para que no tengas mucha difracción ...) y pon la lente delante de ese agujero.

Supongo que remojar el material en queroseno conduce a un cambio drástico en las propiedades ópticas, y eso bien podría significar que

1. su lente ahora absorbe luz roja o
2. su lente ahora no enfoca la luz roja, sino que la extiende.

Para descartar 2., necesitaría una habitación muy muy oscura y alguna forma de adivinar la distribución de la luz. En efecto, sin el equipo de laboratorio de diseño óptico, de cualquier manera, el queroseno contiene una mezcla de diferentes hidrocarburos, y estos son solubles en otros hidrocarburos, como el material transparente utilizado para proteger los LED reales y actuar como una lente.

Mis 5 centavos:

La mayoría de los LED están rellenos de silicona en la actualidad. La silicona tiene una buena permeabilidad para los COV (compuestos orgánicos volátiles, p. Ej. Alcanos y sus isómeros), que forman parte del queroseno.

Los COV que ingresan a la silicona pueden interactuar con la matriz de silicona, cambiando sus propiedades ópticas. Daño a menudo observado: el encapsulado / lente puede ponerse lechoso o difuso, y se puede observar un color amarillento.

Ciertos VOC se romperán por la luz azul de un LED que generalmente conduce a un ennegrecimiento de los encapsulados / lentes LED.

Se sabe que esos efectos son (parcialmente) reversibles. Es decir, la decoloración de las lentes desaparecerá si los COV pueden salir de nuevo. Esto sucede más rápido si se calienta bajo las condiciones de funcionamiento del LED.

Entonces, mi explicación es: Editar: Altamente especulativo. Grandes cantidades de queroseno pueden contener también compuestos aromáticos, que se sabe que son ópticamente activos (por ejemplo, ver pigmentos de colorantes azoicos ). Las fuerzas de Van der Waals pueden cambiar el comportamiento resonante de los compuestos aromáticos, lo cual es posible cuando los COV entran en una matriz de caucho de silicona. Esto podría explicar por qué las fracciones del queroseno logran un comportamiento de filtrado rojo al ingresar a la maceta.

Editar: no puedo descartar la interacción de VOC con el semiconductor en sí, pero tengo dificultades para imaginar cómo podría funcionar esto. El cristal es casi impermeable para cualquier cosa a temperatura ambiente, por lo tanto, la interacción solo puede ocurrir en la superficie de los dados. Debido a que la emisión de luz ocurre en todas partes cerca del límite pn, dudo que los componentes de queroseno puedan evitar la generación de fotones. La absorción y el filtrado solo de la OMI son los efectos a tener en cuenta nuevamente.

Otro culpable del deterioro del LED es el sulfuro de hidrógeno, que también se puede encontrar entre otros compuestos de azufre en el queroseno. Pero la corrosión por azufre en LED no es reversible AFAIK, por lo que esto puede excluirse IMO.

Mi conjetura es que el queroseno absorbe los fotones rojos y calienta la lente de plástico causando que se abulte, lo que a su vez provoca la dispersión de los fotones. Entonces tienes el doble efecto de absorción y dispersión de los fotones rojos. También existe la posibilidad de que en algún momento, el calor producido por la hinchazón del plástico, cree una conexión de alta resistencia, que vuelve a "normal" después de que se seque el LED.