Светодиоды как делают: Технология производства светодиодов

Содержание

Технология производства светодиодов

В докладе на открытии 26 конференции Международной Комиссии по Освещению в Пекине было отмечено, что общее направление работы светотехнической научной общественности должно быть направлено на сокращение энергопотребления и уменьшение загрязнения окружающей среды. То есть речь идет не об уменьшении освещённости, а о более рациональном и эффективном использовании освещения. Одним из наиболее перспективных шагов на этом пути, является разработка и использование энергоэкономичных источников света – светодиодов.

Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n–переход. Чтобы p-n-переход излучал свет, должны выполняться следующие два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы их соблюсти, одного р-n-перехода в кристалле недостаточно. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Их называют гетероструктуры (именно за изучение гетероструктур академик Алферов получил Нобелевскую премию). Это послужило новым этапом в развитии технологий изготовления светодиодов.

Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов — это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года. Чтобы понять, в чем сложность создания подобной документации, следует ознакомиться с технологией производства.

Рассмотрим поэтапно процесс создания светодиодов.

1) Выращивание кристалла.
Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.

2) Создание чипа.
На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.

3) Биннирование.
Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах.

Сортировка происходит по:

длине волны максимума излучения;

напряжению;

световому потоку (или осевой силе света) и т. д.

Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.

4) Создание светодиода.
Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол).

Линзы должны:

быть максимально прозрачными;

пропускать свет во всем оптическом диапазоне;

обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;

быть температура стабильными;

обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).

Благодаря большому количеству положительных качеств (малой потребляемой мощностью, отсутствию ртути, низкому напряжению питания, высокой надежности, малым габаритам и т.д.), на основе светодиодов создаются разнообразные и высококачественные осветительные светодиодные приборы. Можно долго перечислять различные типы светодиодных светильников: это и прожекторы, и линейные светодиодные светильники, и светильники общего или специального назначения. Однозначно можно сказать, что светодиоды – это динамично развивающиеся источники света. А технология производства светодиодов – сфера деятельности высококлассных мировых специалистов, способных достигать все более высоких результатов.

Социальные кнопки для Joomla

Светодиоды, как их делают

Светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Уже в 2007 году, в одном из докладов на пекинской конференции Международной Комиссии по Освещению, была особо отмечена важность экономичности и экологичности как уже используемых, так и еще только разрабатываемых, более совершенных светотехнических изделий.

Первоочередной акцент был сделан докладчиками на более рациональное и эффективное использование света. И это вовсе не было призывом как-то уменьшать освещенность. В качестве одного из важнейших шагов к данной цели выделяется разработка и внедрение энергетически более эффективных и экологически безопасных источников света — светодиодов.

Высокотехнологичная отрасль

Светодиоды — это полупроводниковые электротехнические изделия, предназначенные для получения света благодаря проходящему через p-n-переход электрическому току. Но ведь не каждый p-n-переход излучает свет.

Чтобы получить свет от полупроводника, необходимо соблюсти определенные условия: запрещенная зона перехода на полупроводнике должна иметь такую ширину, чтобы энергия получаемых квантов оказалась близка к энергии квантов света видимого диапазона, при этом вероятность излучения в процессе рекомбинации электронно-дырочных пар должна получиться высокой.

Для соблюдения названных условий, изготавливаемый кристалл должен иметь минимум дефектов, приводящих к рекомбинации электронов с дырками без излучения. Этого достичь не просто, одного p-n-перехода будет недостаточно, приходится создавать многослойные полупроводниковые структуры — гетероструктуры, положившие, кстати, в свое время начало новому этапу на пути развития технологии производства светоизлучающих диодов.

Создание светодиодов сопряжено с определенными препятствиями, ведь эта светотехническая отрасль все время развивается, и определенных устоявшихся регламентов в ней до сих пор не существует.

Процесс производства светодиодов, а также способы их непосредственной эксплуатации, до сих пор не подчиняются каким-то общим документам, поэтому каждый крупный производитель вырабатывает собственные принципы отбора надлежащей продукции.

Международных соглашений нет. И даже несмотря на то, что за последние годы уже достигнуты некоторые очень позитивные результаты, единых требований к led-технике по-прежнему не выработано. И сейчас вы все поймете, поскольку далее мы рассмотрим поэтапно технологию производства светодиодов.

Формирование кристалла

Кристалл светодиода выращивается. Ключевой процесс во всей этой цепочке называется металлоорганической эпитаксией, при которой реализуется ориентированный эпитаксиальный рост кристалла на подложке.

Полупроводник выращивается путем термического пиролиза (разложения) металлорганических соединений, в которых содержатся нужные химические элементы. Тут обязательно присутствие чистых газов, наличие которых обеспечивается современными установками.

Выращиваемый слой должен иметь определенную толщину, которая контролируется в ходе процесса эпитаксии. При этом структура на поверхности подложки должна получиться однородной.

Надежные и качественные установки для осуществления эпитаксиального роста стоят очень дорого, а процесс получения материалов высокого качества для производства качественных светодиодов длится не один год.

Изготовление чипов

Для получения чипа, выращенный на подложке кристалл подвергают травлению, затем создают контакты и нарезают полученный образец на кусочки. Это называется «планарная обработка пленок». Одну целую пленку разрезают на тысячи маленьких чипов.

Сортировка чипов

Сортировка нарезанных чипов называется биннированием. Бины — это группы. Сортировка очень важна, но о ней часто забывают, разбирая процесс создания светодиодов.

Суть в том, что при любом производстве важно произвести отбор качественной продукции, а также отсортировать продукт по параметрам, по определенным критериям, что особенно важно для светодиодов. На стадиях эпитаксии, и после нарезки, невозможно получить тысячи абсолютно идентичных по характеристикам кристаллов (чипов).

Так или иначе их характеристики будут разниться, и окажутся в некотором достаточно широком диапазоне параметров. Именно поэтому чипы необходимо отсортировать по характеристикам в группы (бины), чтобы в каждой группе были чипы с определенным значением какого-то параметра, подходящие под требования диапазона той или иной группы: по длине волны, по напряжению, по световому потоку и т. д.

В результате биннирования светодиоды будут разделены по областям применения и даже по наименованиям. Одни пойдут на одни цели, другие — на другие. Круг потребителей продукта расширится.

Почти готовый светодиод

Непосредственно готовый светодиод получается на заключительном этапе технологической цепочки. Здесь создается корпус будущего источника света, припаиваются выводы, подбирается подходящий люминофор. Выбирается оптическая система, форма и параметры линзы.

Линзы изготавливают из различных материалов (эпоксидная смола, пластик, силикон). В зависимости от требований выбирают материал оптической системы. Требования очень широки, ведь именно оптическая система будет играть решающую роль в том, как будет направлен световой поток, каким будет телесный угол и т. д.

Особенности линз

Линзы должны быть по возможности максимально прозрачными, пропускать свет во всем видимом диапазоне. При этом линза должна хорошо приклеиться к материалу печатной платы, быть термостабильной на протяжении всего срока службы. Это значит, что линза не должна пострадать от излучения кристалла и химического воздействия люминофора, если он применен.

Процесс производства светодиодов на заводе ОПТОГАН:

Светодиоды

Светодиоды не зря считаются лучшими источниками света. Они отличаются малой потребляемой мощностью, отсутствием вредных компонентов, таких как ртуть, безопасным напряжением питания, высокой надежностью, компактностью и другими полезными качествами.

Именно светодиоды позволяют строить системы освещения и осветительные приборы самых разных форм и размеров, при этом высокого качества: прожекторы, светодиодные ленты, светильники, лампы, панели и т. д.

Неоспоримо одно — светодиодное направление в светотехнической отрасли динамично развивается во всем мире. Технология является предметом внимания высококлассных специалистов и ученых из многих стран. В ближайшем будущем однозначно будут достигнуты еще более впечатляющие показатели.

Ранее ЭлектроВести писали, что луганские энергетики объявили амнистию своим сотрудникам, которые воруют электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Как производятся светодиоды? | Sitler’s LED Supplies

Типы и разновидности светодиодов растут с каждым днем, но сегодня мы возвращаемся к основам. Сегодня мы собрались здесь, чтобы ответить на вечный вопрос: «Как производятся светодиоды?» Мы кратко расскажем вам об основных различиях между светодиодными и традиционными источниками света, о том, какие материалы используются для создания светоизлучающих диодов, как эти материалы разработаны и, наконец, как они соединяются вместе для создания наиболее энергоэффективного свет на рынке!

Предыстория: светодиоды в сравнении с традиционными светильниками

Светодиодное освещение, лампы накаливания и люминесцентные лампы не только имеют разную конструкцию, но и излучают свет по-разному. Традиционное освещение создает свет, присоединяя провода к источнику энергии. Когда провода нагреваются, они излучают свет. Светодиоды создают свет за счет электронного возбуждения, а не тепла. Вот почему светодиоды потребляют меньше энергии и излучают меньше тепла, поскольку тепло не является основным компонентом при создании света.

Материалы для светодиодов

LED означает светоизлучающий диод. Поэтому светодиодные фонари состоят из маленьких диодов. Каждый диод создан из полупроводникового материала. Один из слоев полупроводникового материала будет иметь избыток электронов, один слой будет обеднен электронами. Эта разница в электронных уровнях позволяет электронам перемещаться из одного слоя в другой, создавая свет посредством упомянутого выше электронного возбуждения.

Чтобы разобрать его немного дальше, сам полупроводниковый материал состоит из кристаллического материала и нуждается в примесях, чтобы проводить электричество. Однако эти примеси добавляются в полупроводниковый материал позже в процессе производства.

Однако не следует путать эти примеси с несовершенством полупроводникового материала. Они не уменьшают значение диода, они увеличивают его! Добавление этих примесей в полупроводник называется легированием, и это важный материал, используемый при изготовлении светодиодов. Наиболее распространенными добавляемыми примесями являются цинк и азот.

Наконец, для питания диодов необходимо добавить электрические провода. Соединения золота и серебра часто используются в светодиодных проводах, так как они хорошо переносят пайку и хорошо нагреваются. Наконец, диоды заключены в прозрачный пластик, а не в стекло, как традиционные лампы, что делает их прочными и долговечными.

Светодиодный дизайн

При проектировании светодиодных светильников допускается немного больше творчества. В зависимости от области применения света цветовая температура, яркость и эффективность определяются до начала производства. Эти атрибуты определяются на основе размера диода, используемого полупроводникового материала, типов добавленных примесей и толщины слоев диода.

Производство: как изготавливают светодиоды

Производство светодиодов — дело тонкое и сложное, но мы постараемся подвести итог. В первую очередь необходимо изготовить полупроводниковый материал. Это называется полупроводниковая пластина. Полупроводниковый материал «выращивается» в камере с высокой температурой и высоким давлением. Такие элементы, как галлий, мышьяк и/или люминофор, очищаются и смешиваются вместе в камере, которая затем сжижается в концентрированный раствор. После того, как элементы смешаны, в раствор помещают стержень и медленно вытягивают. Раствор кристаллизуется на конце стержня, когда его вытягивают, создавая длинный цилиндрический кристаллический слиток.

Затем этот материал нарезается на полупроводниковые пластины и шлифуется, как если бы вы шлифовали стол, до тех пор, пока поверхность не станет гладкой. Затем его погружают в раствор различных растворителей для тщательной очистки, чтобы избавиться от грязи, пыли или органических материалов.

На следующем этапе процесса на пластину добавляются дополнительные слои полупроводникового материала. Это один из способов добавления примесей или добавок.

Затем на полупроводнике определяются металлические контакты. Это определяется на этапе проектирования и учитывает, будет ли диод использоваться отдельно или с другими.

Наконец, в соответствующую упаковку монтируются диоды, прикрепляются провода, а затем все заливается пластиком. Так делают светодиоды!

Узнайте больше о светодиодах от Sitler’s!

Если у вас есть дополнительные вопросы о светодиодах, посетите страницу часто задаваемых вопросов или наш блог о том, что такое светодиод! Позвоните нам сегодня по телефону (319)-519-0039, чтобы начать свое светодиодное путешествие!

Опубликовано в Основы светодиодного освещения

Как изготавливаются светодиоды — SparkFun Learn

Дом
Учебники
Как делают светодиоды

≡ Страниц

Авторы:
Нейт

Избранное

Любимый

YunSun LED

Во время поездки в Китай в 2014 году наш поставщик YunSun был достаточно любезен, чтобы забрать нас из Шэньчжэня и провести для нас экскурсию по своему заводу.

Хотя SparkFun использует и продает светодиоды уже более 10 лет, я никогда не видел и не понимал, как они делаются. Я сообщил Мерри Сяо, нашему основному контакту в YunSun, что мы очень заинтересованы в обучении, поэтому она организовала для нас экскурсию в субботу , когда фабрика была закрыта. Мы были очень благодарны!

Это г-н Си, владелец YunSun с самым веселым чувством юмора. У него есть проект, над которым работает моя жена Алисия Гибб. Мерри тоже присоединился к нам и помогал переводить.

Основные части

Это лист светодиодных кристаллов. YunSun покупает штампы у тайваньской компании высокого качества. Это мой большой палец рядом с 4000 умирает. Стоимость листа составляет примерно 80 юаней или 12,50 долларов США.

Каждый лист имеет характеристики партии, указанные в углу. Кристаллы на этом конкретном листе имеют длину волны ~ 519 нм или прямо на границе между зеленым и голубым синим. Три тонких листа, содержащие 12 000 светодиодов, скоро будут вылуплены!

Процесс начинается с перфорированных металлических выводных рамок. Каждая из этих рамок имеет базовую структуру для 20 светодиодов. Выше показано около 15 кадров или 300 светодиодов.

Машины

Первая машина берет выводную рамку и наносит небольшую каплю клея на каждую из чашек в верхней части катодного вывода.

На бумажных листах кристаллы светодиодов расположены слишком близко друг к другу, чтобы ими можно было манипулировать. Существует механическая машина (не изображена), которая распределяет штампы и приклеивает их к пленке слабого клея. Эта пленка подвешена над свинцовыми рамками, как показано выше. С помощью микроскопа рабочий вручную выравнивает матрицу и с помощью пинцета вставляет матрицу в направляющую рамку. Клей в свинцовой рамке выигрывает (более липкий), и рабочий быстро переходит к следующему штампу. Нам сказали, что они могут выравнивать более 80 в минуту или около 40 000 в день.

Выше находится машина для склеивания светодиодных проводов. Это прикрепляет тонкую золотую проволоку от верхней части кристалла светодиода к выводу анода.

Первое, что меня удивило в этом туре, это то, что вся операция проводилась под открытым небом. По какой-то причине я предположил, что манипулирование кремниевыми кристаллами требует технологии чистых помещений. Я мог бы сделать это в моем подвале! Хм…

ReplaceMeOpen

ReplaceMeClose

Машина для соединения светодиодных проводов

Для установки этой машины потребовалось немало настроек и настроек, но как только она была запущена, было впечатляюще наблюдать за работой устройства. автоматически без компьютерного выравнивания.

Поскольку к кремниевой матрице прикреплен только один вывод, я предполагаю, что клей на катоде является проводящим. Клей схватывается примерно через 30 минут, после чего переходит к следующему этапу.

Вот еще один сюрприз. Это 7-сегментные дисплеи. По какой-то причине я всегда думал, что за сегментами дисплея находятся полноразмерные 3-миллиметровые (или какого-то размера) светодиоды. Оглядываясь назад, я, очевидно, ошибался, но это не поразило меня, пока я не увидел 7-сегментные печатные платы с кристаллами, прикрепленными непосредственно к плате.

Увеличенное изображение 7-сегментной клеевой машины.

Формы и испытания

Назад к процессу производства светодиодов PTH: После того, как проволочное соединение установлено и клей отвержден, выводная рамка помещается в форму для светодиода, а эпоксидная смола заливается вокруг выводных рамок.

Эти формы придают светодиодам их форму. Это был еще один ах-ха момент. Я видел много светодиодов разной формы, но всегда в пределах какого-то размера. Вы не увидите много 5-миллиметровых светодиодных выводов со звездообразной головкой, потому что:

Форма должна высвобождать головку светодиода точно так же, как форма для литья под давлением. Любая форма с выступами будет заблокирована в форме. А как насчет формы из двух частей? Это приводит меня к # 2:
Вся индустрия светодиодов строится на специализированных поставщиках коттеджей. Это означает, что есть поставщики, которые занимаются только одним делом: производством кремния, производством свинца, изготовлением пресс-форм и т. д. Почти никто не владеет всей цепочкой инструментов, поэтому YunSun приходится выбирать из доступных вариантов поставщиков. Хотя мы были очень рады попросить YunSun создать для нас супер-нестандартный, потрясающий светодиод, это было бы почти невозможно; нам пришлось бы убедить не только их, но и около 5 различных поставщиков, чтобы они предоставили направляющие рамки необычного размера, нестандартный размер пресс-формы, отрегулировали машины с учетом расстояния между выводами, которое может быть несовместимым, а затем создали новые испытательные приспособления и рабочие процедуры. Не невозможно, но гораздо сложнее, чем я предполагал.

Это один из каталогов поставщиков пресс-форм, содержащий множество различных форм и размеров. Опять же, нестандартные формы не являются невозможными, но если их нет в каталоге, получить их будет намного сложнее.

После заливки эпоксидной смолы нам сказали, что светодиоды запекаются в течение 45 минут. В этот момент светодиоды можно извлечь из форм. Затем их запекают еще от 8 до 12 часов, чтобы эпоксидная смола полностью отвердела. После отверждения светодиоды группируются в большие партии, как показано выше.

Для поддержки в процессе производства на выводных рамах есть кусочки металла, соединяющие анод и катоды вместе. Перед испытанием вышеуказанная машина отрезает лишний металл, чтобы катод был изолирован, а все аноды были соединены шиной. Почему у светодиода один контакт короче другого? В основном для облегчения автоматизации производства и тестирования. Почему катод выбрали короче? Возможно потому, что при тестировании легче контролировать нижнюю сторону (катод).

Следующим шагом является проверка и проверка того, что каждый светодиод потребляет соответствующее количество тока. Слишком мало (есть обрыв) или слишком много (есть короткое замыкание) и светодиод снимается. Используя серию pogo-контактов, эта машина быстро тестирует каждый отдельный светодиод и отображает результат на компьютере. Это очень похоже на испытательные стенды с пого-штифтами, которые мы разрабатываем для тестирования продуктов SparkFun.

После того, как светодиоды прошли контроль качества, они проходят еще один этап резки, чтобы отделить аноды от выводной рамки.

Много-много 5-миллиметровых красных светодиодов, созданных специально для SparkFun!

Используя этот же процесс, можно изготовить множество различных форм, цветов и размеров.

Обзор фабрики

В целом фабрика была компактной и хорошо спланированной. Было доступно четыре линии для создания любой формы и типа, которые были необходимы в тот день.

Мерри, Алисия, я и мистер Си. Мы очень-очень благодарны YunSun за экскурсию в выходной день! Если вам когда-либо понадобятся светодиоды или светодиодные лампочки, подумайте о том, чтобы связаться с Merry (веселье на 100led.com). YunSun — замечательная компания, с которой приятно работать.