Актуальные технологии производства светодиодов: smd power led, cob, mcob - полезно знать

Производители

В трех частях света рассредоточены лидеры производства мощных светодиодов, таких как LED 10 W. Среди них американская компания Cree (которую мы уже упоминали и демонстрировали образец ее продукции), японская Nichia (пионера в области светодиодной техники), а также, немецкая Osram (более известная для отечественного покупателя).

Рассмотрим, с какими особенностями вы столкнетесь, решив приобрести китайские дешевые 10-ваттные светодиоды. Во-первых, если внимательно сравнивать, то 9 кристаллов матрицы сами по себе имеют меньшие размеры, чем у качественных модулей. Это, естественно, скажется на светоотдаче при их работе. Во-вторых, сильная неравномерность свечения каждого кристалла. Заметно это, правда, только при пониженном токе, но, тем не менее, такая особенность влияет на скорость деградации всего светодиодного модуля.

10 ваттные подделки из Китая

На картинке вы можете наблюдать, неравномерное свечение отдельных кристаллов модуля, и как с повышением тока она выравнивается

В-третьих, в светодиодах низкого качества соединяющие кристаллы проводники очень тонкие, и могут оборваться от неосторожного движения, чем прервут функционирование минимум одной тройки последовательных кристаллов

Резюмируя описанное выше, хочется выделить важные для запоминания тезисы статьи. Светодиоды 10 Вт в качестве светоизлучающих источников широко применяются на практике для изготовления автоламп, фонариков, прожекторов и прочих осветительных приборов

Радиаторное охлаждение критически важно для нормальной работоспособности светодиода. Питание производится от источника 12В через драйвер (стабилизатор напряжения)

Известный бренд гарантирует бесперебойное функционирование в течение всего заявленного срока, а с китайскими недорогими аналогами могут возникнуть проблемы.

Способы сборки

DIP

DIP расшифровывается как Dual In-line Package. Конструкция приборов интересна, но существенно устарела.

Выделяют следующие размеры светодиодов:

0,3;
0,5;
0,8;
1,0 см.

Также полупроводниковые изделия различаются цветом, материалом изготовления, формой чипа. Из преимуществ DIP-сборки выделим малый нагрев и высокую яркость. Бывают одноцветные и многоцветные (RGB-технология). Можно распознать по характерной цилиндрической форме и встроенной линзе выпуклого типа.

«Пиранья»

Данная группа осветительных устройств характеризуется высоким световым потоком. Изготавливаются прямоугольной формы, имеют четыре PIN-вывода, бывают красными, синими, белыми или зелеными.

По сравнению с DIP-технологией изделия более жестко и прочно «сидят» на плате. Свинцовая подложка повышает теплопроводность, но в то же время понижает общую безопасность при эксплуатации. Широкая распространенность обусловлена большим диапазоном рабочих температур.

SMD-технология

SMD расшифровывается как Surface Mounting Device (в переводе с англ. — «устройство, фиксируемое на поверхности»). Эти светодиоды характеризуются мощностью в диапазоне 0,01–0,2 Вт.

Главная особенность связана с наличием нескольких кристаллов (1–3), монтируемых на керамическую подложку.

Корпус покрыт люминофором. Стандартный припой используется для соединения основной платы и контактных площадок.

Из недостатков выделим низкую ремонтопригодность: если выйдет из строя хотя бы один диод, то придется заменять целую плату.

COB-технология

Последняя и наиболее надежная технология изготовления светодиодов получила название Chip On Board (COB). Полупроводники крепятся на плату без корпуса и какой-либо подложки, после чего покрываются люминофором.

Характеристики и параметры светодиодов

Для излучающих диодов, работающих в видимом диапазоне (длина волны от 0,38 до 0,78 мкм, частота около, но меньше 1015 Гц), широко используются следующие характеристики:

зависимость яркости излучения L от тока диода i (яркостная характеристика);
зависимость силы света iy от тока диода i.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Для излучающих диодов, работающих не в видимом диапазоне, используют характеристики, отражающие зависимость мощности излучения Р от тока диода i.

Изобразим яркостную характеристику для светоизлучающего диода типа АЛ102А (рис. 1.121).

Цвет свечения этого диода — красный.

Изобразим график зависимости силы света от тока для светоизлучающего диода типа АЛ316А (рис. 1.122) (цвет свечения — красный).

Изобразим зону возможных положений (рис. 1.123) графика зависимости мощности излучения от тока для излучающего диода типа АЛ119А, работающего в инфракрасном диапазоне (длина волны 0,93 … 0,96 мкм)

Приведем для диода типа АЛ119А его некоторые параметры:

время нарастания импульса излучения — не более 1000 нс;
время спада импульса излучения — не более 1500 нс;
постоянное прямое напряжение при i = 300 мА — не более 3 В;
постоянный максимально допустимый прямой ток при t < +85° С — 200 мА;
температура окружающей среды — 60 … +85° С.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Для информации о возможных значениях коэффициента полезного действия отметим, что излучающие диоды типа ЗЛ115А, АЛ115А, работающие в инфракрасном диапазоне (длина волны около 0,95 мкм, ширина спектра не более 0,05 мкм), имеют коэффициент полезного действия не менее 10%.

Особенности лент SMD5730

Применяя высокоэффективные светодиоды 5730, характеристики и свойства которых заключаются в высокой теплопроводности и низком сопротивлении, обеспечивают длительный срок службы устройства. Они устойчивы к вибрации, повышенной влажности окружающей среды и перепадам температуры. Достаточно малы, имеют широкий угол свечения и прекрасно подходят для любых поверхностей при монтаже. Их можно приобрести в катушках и лентах.

Многим нравится использовать светодиоды 5730, характеристики которых подходят для применения в различных устройствах, что является очень удобным как для обыкновенных пользователей, так и для дизайнеров

Они являются незаменимыми для освещения торговых и офисных помещений, где важной считается не только высокая энергоэффективность, но и комфортная светопередача

Для тех, кто использует светодиоды, маркировка, характеристика и свойства имеют немаловажное значение. У них есть ряд превосходств над своими предшественниками, а именно:

— люминофорные белые светодиоды номинальной мощностью в 0,5 Вт отличаются значительным сроком эксплуатации, стабильными показателями и качественным исполнением;- высокая устойчивость к перепадам температуры, вибрациям и повышенной влажности окружающей среды;- деградация светового потока — не больше чем 1% за 3000 часов работы;- корпус изготовлен из качественного термостойкого полимера, который выдерживает до +250 °С;- светодиоды полностью пригодны для пайки оплавлением

Сверхяркие светодиоды характеристики. Конструкция мощного светодиода и угол рассеивания света

Мощные сверхяркие светодиоды устроены почти так же, как и стандартные. Различие состоит лишь в расположении кристаллов. В стандартном диоде они установлены на специальном основании, в ультраярком установочная площадка оснащена теплоотводом. По этой причине прибор может генерировать световой поток 100 Лм.

Компоненты, которые входят в состав мощного полупроводникового осветительного прибора:

Корпусным основанием служит металлокерамическая подложка, имеющая высокую теплопроводность. За счет этого достигается минимум теплового сопротивления и корпус кристалла электрически изолирован от теплоотвода.
Кристаллы из карборунда.
Подложка. Она изготовлена на основе карборунда и алюмонитрида. В результате в кристалле не возникают механические напряжения при смене температуры.
Отражатель. Данную функцию выполняет металлический корпус.
Линза плавающая. Материал, из которого она произведена, — кварцевое стекло. Линза не закреплена жестко в корпусе. Ее положение сохраняется за счет сцепления с желеобразным герметиком. Благодаря этому исключено появление механического напряжения и выполняется автофокусировка в широком температурном интервале.

Полупроводниковые осветительные приборы отличаются от стандартных углом рассеивания.

Последние излучают свет равномерно во все стороны пространства. Светодиод может иметь угол рассеивания 15-120? Для увеличения указанного параметра используют рассеивающую линзу. Собирательную применяют для сужения угла, например, для создания точечного освещения.

Яркость светового потока диода изменяется в пределах угла. Максимальная освещенность достигается в центре, минимальная — по краям угла рассеивания. Данная характеристика влияет на стоимость светодиода. Например, у прибора, имеющего угол 180 гр, цена выше, чем у светодиода с параметром 60 гр.

Основные характеристики LED SMD 5050

SMD 5050 разрабатывались для применения в разнообразных источниках света. Основным преимуществом, как показала практика, являются: продолжительный срок службы, стабильность характеристик и качественное исполнение. Практически не подвержены вибрации, перепадам температур. Кристаллы не подвержены воздействию влаги и предназначены для автоматического монтажа. Хотя и ручной монтаж вполне возможен при определенной сноровке. Основное применение — светильники общего назначения, индикаторные устройства, декоративные лампы, автомобили и дорожные знаки. 5050 состоит из трех кристаллов, одинаковой мощности. Выпускают как одноцветный (белый), так и в цветном варианте. Мы будем рассматривать и те и другие характеристики.

Характеристики диода SMD 5050 белый	Значения
Световой поток, Лм	18
Рассеиваемая мощность PD, W	70 mW*3
Рабочая температура, Topr °C	— 40/+65
Прямое напряжение, B	3.3
Максимальный рабочий ток, мА	60

Характеристики диода SMD 5050 другие цвета	Значения
Световой поток, Лм ( в зависимости от цвета )	12-18
Рассеиваемая мощность PD, W (зависит от цвета )	40-80 mW*3
Рабочая температура, Topr °C	— 40/+65
Прямое напряжение, B ( в зависимости от цвета )	2,0-3.3
Максимальный рабочий ток, мА	60

Могу понять, что сейчас у многих возникнет вопрос по поводу цветных LED SMD 5050 характеристиках. Особенно на тех позициях, где указано, что они зависят от цвета. Повторюсь еще раз, что это общая информация к сведению. Более точные и подробные сведения можете прочитать ниже.

К особенностям этого типа диодов отнесу следующее:

Низкая деградация светового потока (менее 4% за 3000 часов эксплуатации)
Корпус производят из термостойкого полимера, который способен выдерживать длительную температурную «нагрузку» до 250 градусов Цельсия
Максимальная температура кристалла, при которой он не слишком быстро будет терять свои свойства — не более 110 градусов

В принципе, для простого обывателя хватит и трех основных характеристик — это максимальный рабочий ток, световой поток, напряжение и мощность. Хм… Оказывается не три, а четыре характеристики

Именно на них и стоит обращать внимание при выборе любых светодиодов, если Вы только начинаете свои познания в мире диодного освещения. Для более детального и глубокого изучения стоит все-таки обратиться к полным характеристикам и графикам зависимости SMD 5050. Что касается меня, то я при выборе, подборе диодов в основном использую только напряжение, мощность и световой поток

Остальное изучаю по графикам зависимости. Мне так проще. Да и понятнее. Цифры, таблицы и описания составляют люди, а следовательно не редки ошибки, опечатки. Знаю по себе

Что касается меня, то я при выборе, подборе диодов в основном использую только напряжение, мощность и световой поток. Остальное изучаю по графикам зависимости. Мне так проще. Да и понятнее. Цифры, таблицы и описания составляют люди, а следовательно не редки ошибки, опечатки. Знаю по себе.

Особенности световых эффектов

При рекомбинации дырок и электронов в разных составах веществ p-n перехода создается неодинаковое излучение света. Его принято характеризовать параметром квантового выхода — количеством выделенных световых квантов для единичной рекомбинированной пары зарядов.

Он формируется и происходит на двух уровнях светодиода:

На первом уровне квантовый выход у правильно выполненных монокристаллов может достигать величины, близкой к 100%. Но, для обеспечения этого показателя требуется создавать большие токи и мощный отвод тепла.

Внутри самого источника на втором уровне часть света рассеивается и поглощается элементами конструкции, чем снижает общую эффективность излучения. Максимальное значение квантового выхода здесь намного меньше. У светодиодов, испускающих красный спектр, оно достигает не более 55%, а у синих снижается еще больше — до 35%.

Chip on Board Single Lens — технология совершенства в мире светодиодов.

Chip on Board Single Lens — технология совершенства в мире светодиодов.

07.11.2012 01:28 Chip on Board Single Lens — уникальная технолония, позволяющая значительно улучшить качество светодиодного оборудования, изпользую все его преимущества на 100 %.

Что же из себя представляет данная конструкция и каким образом она применима для совершенствования светодиодных светильников?

Технология Chip on Board Single Lens далеко не новинка светотехнической промышленности. Впервые так называемые «чипы-на-плате» стали применять более тридцати лет назад. Тогда непосредственно на плату появилась возможность крепить любые полупроводниковые элементы, в том числе led-кристалл. Такие конструкции были прочными и обходились довольно не дорого. И именно для светодиодов это стало новой ступенью эволюции.

Казалось бы, как можно усовершенствовать и без того самые передовые осветительные конструкции? Однако дело в том, что несмотря на свои несомненные преимущества, такие как долгий срок службы, неприхотливость в обслужвании, устойчивость к перепадам давления и температуры, пониженное энергопотребление и теплоотдача, светодиоды по-прежнему имеют пути к развитию. Вероятно, именно путь сборки Chip on Board Single Lens способен приблизить их к совершенству.

В чистом виде светодиод — это полупроводниковый источник света на основе кристалла, к которому крепятся электроды. Сам кристалл закреплен на определенную основу с первичной и в случае сложных конструкций со вторичной оптикой. Часто конструкция оборудования, даже несмотря на герметичный корпус и теплоотвод, влечет существенные тепловые потери, то есть повышается энергопотребление не за счет отдачи света, а за счет нагревания самого светоотдающего элемента.

Конечно, светодиды довольно экономично расходуют энергию, особенно в сравнении с другими источниками света. Но и они отдают лишь 60 процентов своей энергии в световой поток. А используя иной способ монтажа кристала их КПД можно увеличить до 90 %. Как? Все очень просто. Прежде всего кристалы крепятся в на строго выверенном расстоянии друг от друга, таким образом люминофор, покрывающий кристаллы не перегревается и служит дольше. Кроме того, каждый чип имеет индивидуальную линзу первичной оптики. Благодаря этому светильнику сделанному по системе Сhip on Board Single Lens не нужен герметичный корпус или вторичные линзы.

Технология таким образом решает сразу несколько проблем:

— навсегда решен вопрос перегрева светильников

— снижается себестоимость, так как площадь одиночных линз фиксированна

— если сама плата, линзы и первичный сделаны из высокачественного сырья, то светильник работает без оптических потерь с высокими светопоказетелями, при широком диапазоне температуры окружающей среды (от 60° до +60°).

— световые показатели светового потока таких источников света значительно выше, чем у аналогов.

— светильники устойчивы к внешнему воздействию и вибрациям, ведь каждая линза надежно защищает кристаллы.

— каждый диод превращается в автономный источник света. В случае порчи одного светодиода, его легко можно заменить, таким образом светильник прослужит дольше! А учитывая, что такие светильники и без замены могут работать до пяти лет в режиме круглосуточного света, — их срок службы становится и вовсе фантастическим.

Выбирая светильники Chip on Board Single Lens, вы принимаете правильное решение. Новая светотехника прослужит Вам не один год, более того — от года к году будет экономить затраченные средства.

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

С учетом этого параметра единой системы стандартов не существует. Маркировка светодиодов по цвету непосредственно на корпусе затруднена по причине миниатюрности изделий. Обозначения делают на лентах. Ниже приведена информация о продукции CREE.

Типовое название составлено следующим образом: АААВВВ-СК-0000-ZZZZZ. Первые три буквы («ААА») – это серия. Для рассмотренной выше модификации XM-L будут указано «XML». Следующие три позиции («BBB») – цвет:

GRN, BLU, RED и другие обозначения понятны в переводе с английского (зеленый, синий, красный соответственно).
WHT – белый цвет.
Однако BWT – тоже белый, но в этом варианте речь идет о приборах второго поколения.
HEW – еще одна модификация белого. Здесь отмечена особой аббревиатурой улучшенные энергетические характеристики прибора.

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

Для светильников наружного освещения этот параметр не является определяющим. Такие светодиоды маркируют «01».
Аббревиатурой L1 обозначают типовые изделия, характеристики которых определяются в технических паспортах.
При значениях коэффициента цветопередачи CRI от 70; 80; 85; 90 и выше применяют сочетания B1; H1; P1; U1 соответственно.

Индикаторные led

Чтобы выбрать подходящий индикаторный ЛЕД-элемент, нужно ознакомиться с их видами и типами. В эту группу входят такие разновидности диодов: DIP, Super Flux «Piranha», Straw Hat, SMD. Все они отличаются конструкцией, размерами, яркостью излучения и т. д. Их применяют в разных сферах.

DIP светодиоды

Это разновидность светоизлучающих устройств, которые имеют выводной корпус и часто выпуклую линзу. Разные виды светодиодов из это группы отличаются формой и диаметром корпуса. Цилиндрические элементы имеют окружность колбы от 3 мм. Также в продаже есть диоды с прямоугольным корпусом.

Они имеют широкий спектральный диапазон, бывают одноцветными и многоцветными (RGB ленты). Однако их угол свечения не превышает 60°.

Их используют для уличной рекламы, индикаторов.

Super Flux Piranha

Этот вид светодиодов отличается самым высоким показателем по световому потоку. Он имеет прямоугольный корпус с 4 пинами (выводы), поэтому его можно жестко присоединить к плате.

В продаже есть светодиоды с красным, зеленым, синим и белым светом, последние отличаются цветовой температурой. Вы можете приобрести ЛЕД-элементы с линзой (3, 5 мм) или без нее. Угол, в пределах которого расходиться световой поток достаточно широкий – от 40° до 120°.

Пиранью монтируют в приборы автомобиля, дневные ходовые огни, магазинные вывески и т. д.

Straw Hat

Эти диоды еще называют «соломенная шляпа», это связано с их конструкцией. Они выглядят, как обычные led-лампочки с колбой в форме цилиндра и двумя выводами, но их высота меньше, а радиус линзы больше.

Светодиод размещен близко к передней стенке колбы, поэтому угол свечения достигает 100 — 140°. ЛЕД-устройства представлены в красном, синем, зеленом, желтом и белом цвете. Они излучают направленный световой поток, поэтому их применяют в качестве интерьерной подсветки или заменяют ими лампы аварийной сигнализации.

SMD светодиоды

Кроме выводных индикаторных светодиодов в продаже имеются устройства типа SMD. В эту группу входят цветные диоды с очень ярким светом, а также белые элементы с низкой мощностью (до 0.1 Вт) для поверхностной установки.

Размеры лампочек отличаются, например, изделие SMD 0603 – это сверхмалый светодиод, который используют для декоративной подсветки, монтируют в автомобильные лампы, приборные панели и т. д. Кроме того, выпускаются устройства 0805, 1210 и т. д. Лампочка может быть с линзой или без нее.

Чаще всего светодиоды типа SMD применяют для создания ЛЕД-лент. Это обусловлено тем, что их легко монтировать на основание.

Цветовая маркировка.

Маркировка led в мире не стандартизирована. Изготовитель сам решает, что он будет обозначать на корпусе.

Светодиоды российского производства маркируются цветовым кодом. Он состоит из цветных кружочков или черточек. Примеры маркировки приведены ниже на рисунке.

Цветовая маркировка российских индикаторных светодиодов.

Рассмотрим маркировку известных мировых производителей.

Philips.

В качестве примера возьмем модель Luxeon Rebel. Она маркируется LXML-ABCD-EFGH. В этой аббревиатуре зашифровано следущее:

LXML – серия;
ABC – информация о свете: как распределяется, цветовая температура;
D – величина тока;
E – запасная буква на будущие модели;
FGH – яркость (в люменах).

Cree.

Фирма предлагает обозначение SSSCCC-BD-0000-NNNNN, где:

SSS – серия;
CCC – описание цвета:
BD – индекс цветопередачи:
0000 – код производителя;
NNNNN – индивидуальный номер по цветовой температуре и яркости. Стоит уточнить в техническом описании.

Принцип работы.

Кристалл состоит из полупроводниковых материалов, которые расположены слоями. Свечение появляется после протекания электричества между границами их соприкосновения. В одном полупроводнике (n) преобладают электроны (отрицательные частицы), а в другом (p) – ионы – дырки (положительные частицы). Полупроводниковые соединения способны пропускать электричество только от p -слоя к n -слою, т.е. в одну сторону.

Схема появления излучения.

Под воздействием электричества электроны из n-слоя и дырки из р-слоя начинают двигаться к р-n-переходу. Происходит рекомбинация дырки и электрона — между р-n-границей протекает ток. Электроны переходят на низший энергетический уровень, с высоких орбиталей на более низкие. Освобождается энергия, которая излучается в виде фотонов.

Описанный процесс протекает во всех полупроводниковых диодах. Но длина волны фотона не всегда находится в заметном человеческому глазу спектре. Для появления видимости необходимо движение элементарных частиц в определенном интервале: от 400 до 700 нм. Это достигается подбором определенных химических веществ. У каждого есть особая длина волны и цвет излучения.

Самые удачные материалы получаются из соединений типа AIIIBV и AIIBVI где II, III, V и VI – валентности элементов. Например, уже упоминавшийся арсенид галлия, фосфат индия или селенид цинка и теллурид кадмия. Подобные соединения называют прямозонными. Возможно получение разнообразных по свечению светодиодов: от ультрафиолетовых до инфракрасных.

К другой группе относятся непрямозонные полупроводники. Это карбид кремния, сам кремний, германий и другие. Диоды из них свет светят очень неярко. Впрочем, научные работы по использованию таких веществ продолжаются. Основные поиски решения ведутся в области технологий квантовых точек и фотонных кристаллов.

Кроме света при p-n-переходе освобождается еще и тепло. Для его отвода необходим теплоотвод (часто в этой роли выступает корпус изделия) или радиатор.

Подведем итоги

В aledo-pro мы придаем первостепенное значение качеству света и хотели бы отметить, что особенности технологий, которые сегодня применяются при производстве светодиодов, важно учитывать заказчикам при принятии решений о выборе в пользу одной из них. Сегодня рынок светодиодных решений в России находится на стадии становления (российские стандарты в этой области еще только формируются), поэтому риск приобрести некачественное светотехническое оборудование весьма высок

Сегодня рынок светодиодных решений в России находится на стадии становления (российские стандарты в этой области еще только формируются), поэтому риск приобрести некачественное светотехническое оборудование весьма высок.

Из всех правил бывают исключения, кроме, пожалуй, одного: выбор в пользу той или иной конкретной технологии лишь тогда по-настоящему безопасен и эффективен, если он делается исходя из решаемой задачи и при поддержке профессионалов, обладающих хорошей репутацией.

Основные выводы

COB-технология усложняет рядовому потребителю выбор при покупке, особенно, если производитель неизвестный. Параметры по внешнему виду определить невозможно.

Производители заявляют, что срок службы COB LED 30 тыс. часов. Такой результат достигнут при помощи испытаний в экстремальных условиях и математического моделирования. Проверить правдивость данного утверждения пока никому не удалось, так как на это требуется 5-6 лет. То, что это оценка производителя, подтверждается сроком гарантии на 20 тыс. часов.

Светильники с COB LED проще по конструкции, так как в них устанавливается одна матрица вместо нескольких светодиодов. Не требуется производство печатных плат и дополнительных оптических элементов, компактные размеры позволяют уменьшить габариты светильников. Сборка осветительных приборов проще: требуется только модуль, радиатор, линза и драйвер. Все эти аспекты снижают себестоимость.

При выборе важно учесть недостатки. Срок службы даже самых качественных COB LED меньше, чем СМД, а стоимость отличается мало

СветодиодыОсобенности светодиодного освещения в квартире: виды, схемы, монтаж

СветодиодыУстройство и подключение светодиодной ленты на 12 В