В данной статье авторы рассматривают различные виды корпусов светодиодов. Так же на чем основывается принцип работы светодиодов. Какие важные критерии в выборе материала необходимо честь при проектировании светодиода. Перечисляются основные причины выхода из строя светодиодов.
Ключевые слова: светодиод,р-n переход, ширина запрещенной зоны, электрон, дырки, выход из строя.
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED. [1]
В настоящее время светодиоды является весьма актуальными и востребованными. С каждым годом, светодиоды усовершенствуются, разрабатывается и исследуется полный спектр функциональности, улучшаются характеристики.
На данный момент светодиоды можно классифицировать по расчётной мощности, соединениям и виду корпуса. Светодиоды производятся в различных исполнениях корпусов. В данное время можно выделить несколько основных корпусов, такие как:
– —DIP. Это, один из первых вида корпуса, состоящий из линзы, двух контактов и кристалла. Данный вид широко применяется в различных световых приборах.
– —«Пиранья» или Superflux. Данный вид корпуса появился после усовершенствования предыдущего вида корпуса DIP. Различие состоит в том, что в данном виде не два контакта, а уже четыре. Благодаря этому происходит выделение меньшей тепловой энергии, тем самым светодиод меньше нагревается. Использование такие корпусов можно увидеть в автомобильном производстве.
– —SMD. Вид корпуса является самым популярным из выше перечисленных на современном производстве светодиодов. В состав входит универсальный чип, установка которого происходит непосредственно на плате. Широкое применение можно встретить на различных источниках света, осветительных приборах, светодиодных лентах и т. д.
– —COB. Последний из самых популярных корпусов является СОВ. Данный вид корпуса был разработан в последствии доработок технологии SMD. В состав корпуса входит несколько чипов, которые установлены на одной плате на алюминиевой или керамической подложке. [3]
Существуют определенные требования к материалам для окон корпусов, они должны включать в себя:
– — оптическую прозрачность;
– — высокий показатель преломления;
– — химическую инертность;
– —стабильную работу при высоких температурах;
– — герметичностью.
Огромное количество корпусов светодиодов производятся из полимеров с показателем преломления в диапазоне от 1,5 до 1,8. При уменьшении разницы показателя преломления на поверхности полупроводника увеличивается угол внутреннего отражения, благодаря этому, расширяется вывод излучения и увеличивается эффективность вывода излучения. [2]
Корпуса должны выполнять важные функции, защищать светодиоды от механических ударов, вибраций, химических реагентов и влажности. Конструкция состоит из соединённых корпусов, в которые входят аноды и катоды, кристалл (пиксель) светодиода и проводов.
Широко распространенные корпуса на эпоксидной основе. В эпоксидных корпусах образуется механическая связь между анодом и катодом. Если говорить о мощных светодиодах, то тогда используются металлосодержащие спаи, это объясняется тем, что их тепловое сопротивление ниже, чем у эпоксидной смолы.
Главным принципом свечения светодиода является р-n переход. Р-n переход или по-другому электронно-дырочный переход заключается в том, что есть полупроводники n-типа и полупроводники р-типа. В полупроводниках n-типа преобладает количество электронов, а в полупроводниках р-типа –дырки. Дырка- это вакантное, свободное место для электрона из полупроводника n-типа.
Если свободные электроны представляются электронами проводимости и в результате создается электрический ток, то это будет называться полупроводником с электронной проводимостью или проводимостью n-типа. Аналогично, если электрически ток образуется благодаря перемещениям дырок, то она будет иметь название дырочной проводимости или проводимости р-типа.
Р-n переход заключается в следующем:
В полупроводнике n-типа преобладают электроны, а в р-типа дырки. Электроны стараются диффундировать в область р-типа, попадая в данный полупроводник электроны занимают вакантные места дырок, тем самым рекомбинируя между собой. В тоже время р-типе происходит увеличение количества электронов в области дырок. Стык между полупроводниками n-типа и полупроводника р-типа называется валентной зоной. В результате рекомбинации электронов и дырок и при условии, если ширина запрещенной зоны р-n перехода близка к энергии фотонов видимого диапазона изучения, тогда происходит свечение светодиода. Ширина запрещенной зоны электронно-дырочного перехода — это минимальная энергия, необходимая для рекомбинации, перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Переход дырок и электронов приводит к образованию некомпенсированного положительного заряда благодаря ионам донорной примеси (n-типа) и отрицательного заряда благодаря ионам акцепторной примеси (р-типа).
Причины выхода из строя светодиодов, к сожалению, достаточно. Первой причиной можно назвать последствием подачи более высокого тока, чем на то рассчитан сам светодиод. Следующим в списке является, самая важная и частая причина, из-за температуры, нагревания светодиода. Часто нагревание светодиода, приведет к его скорому потускнению. Далее идет некачественно выполненный монтаж. Невыполнение рекомендованных условий эксплуатации светодиодов. Нарушение технологического процесса изготовления светодиодов. Последним можно сказать о естественном старении.
В заключение, можно прийти к выводам, что корпуса бывают различной конфигурации, в зависимости от области эксплуатации. Показатель долговечности светодиода можно соблюсти. К примеру, для того чтобы светодиод не нагревался, обеспечить его теплоотводом. Соблюдение всех требований к монтажу, к поверхностному монтажу, к пайке светодиодов к плате печатной, использования качественного клея увеличит качество и строгое соблюдение технологического процесса для установки светодиода так же поможет исключить брак. Мое мнение, что светодиоды в скором времени будут использовать практически во всех осветительных приборах, так как это долговечно, экологично и экономично.
Литература:
- Что такое светодиод? — Текст: электронный // URL: https://radiodetali.com/article/all/led-faq.htm (дата обращения 4.11.2020)
- Шуберт Ф. Светодиоды / пер. с англ. Под ред. А.Э Юновича — 2-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008. — С. 238–240
- Виды светодиодов и их характеристики. — Текст: электронный // URL: https://xn----dtbchbawj2amueleii7b6i.xn--p1ai/mat-chast/vidy-svetodiodov-i-ih harakteristiki.html (Дата обращения:11.11.2020)
