Светодиоды. Часть 1. Технологии производства.

 

 

В светодиоде преобразование электричества в свет происходит в кристалле, который выращен искусственно. Какие технологии применяют при этом, и что общего у светодиодного светильника, ювелирного украшения и наждачной бумаги? Все это вы узнаете из нашего ролика о технологиях производства самого энергоэффективного источника света.

Приятного просмотра!

Из курса школьной химии многие помнят опыт выращивания кристаллов соли, сахара, или медного купороса. При производстве светодиодов используется похожий процесс, называют его эпитаксией, что означает ориентированное нарастание одного кристалла на поверхности другого.
В качестве ростовой подложки большинство производителей используют круглые пластины из оксида алюминия, который в зависимости от цвета называется сапфир или рубин. Эта пластина, диаметром до 200 мм, своей кристаллической решеткой задает структуру роста новых слоев, но уже из других веществ.
Природные сапфиры и рубины используют в ювелирной промышленности, а искусственные при производстве полупроводников, светодиодов, а также абразивного инструмента.
Другим материалом для создания подложки является карбид кремния. В данный момент только компания cree использует этот материал в качестве подложки, остальные используют сапфир. Из-за своей кристаллической решетки карбид кремния тоже используют в качестве инструментального абразива.
Немного отступая нужно сказать, минералы применяемые в качестве подложки, в отличии от тех которые можно встретить в строительных магазинах, значительно более чистые, но тем не менее- это одно и то же.
Подложки укладываются в реактор эпитаксиального роста и подогреваются до 1200 градусов. В этот момент в камеру подаются особо чистые газы, содержащие индий, галлий и алюминий. Из них на подложке оседают вышеупомянутые вещества, последовательно формируя нужные слои на поверхности.
Весь процесс длится около 6 часов, за которые на пластине наращиваются десятки слоев общей толщиной в несколько микрон.
После того как многослойная пленка на поверхности подложки сформирована, пластину извлекают для следующего этапа -планарной обработки пленки. Это травление и создание в каждом из слоев контактов, их металлизирование, и в конечном итоге разрезание полученной пластины на тысячи маленьких кристаллов для светодиодов.
Существуют всего 2 компании, которые производят реакторы для выращивания полупроводников методом газофазной эпитаксии. Это немецкая компания Aixtron и американская Veeco.
Далее следует процесс сборки светодиода в различных корпусах.
Это может быть корпус для поверхностного монтажа (SMD), корпус типа пиранья, либо звезда.
Индикаторные светодиоды мы не рассматриваем, т.к. их не применяют для освещения.
Кристалл помещают в соответствующий корпус и один из его контактов специальным составом соединяется с корпусным. К другому контакту, через трубку , подается золотая нить под напряжением. В момент касания происходит локальный разогрев и нить приваривается к контактной площадке кристалла.

Когда корпус светодиода собран, изготавливается теплоотвод и оптические элементы. Кстати около половины стоимости определяется именно процессом сборки светодиода в корпусе.

Свечение самого кристалла в светодиоде синее, поэтому для получения белого, его нужно покрыть слоем люминофора, с цветом противоположным синему, а это желтый. Таким образом синее свечение кристалла проходя через желтый люминофор дает белый свет.

Интересно, что изготовить партию светодиодов с одинаковыми параметрами невозможно, и каждый светодиод проходит процедуру сортировки, которую принято называть биновкой.

Бин, это определенный параметр, который имеет диапазон значений. Если измеренный светодиод попадает в этот диапазон, то ему присваивается данный бин. Например, один из основных бинов - это цветовая температура. Согласно ГОСТу (54350-2015, ANSI C78.377A) температуре в 4000К соответствуют светильники с фактической температурой от 3710 до 4260 К. Данный разброс как раз и обусловлен тем, что двух абсолютно одинаковых светодиодов не существует.

На этом все, в следующей части я расскажу об основных типах светодиодов, используемых в освещении. Пока