Содержание:

Светодиоды становятся все более популярными в современных системах освещения. Они активно используются при оформлении дизайна, декорировании, для и в других областях. Светодиодные источники излучают чистый свет, являются экономичными и безопасными. В настоящее время все чаще используются SMD светодиоды, известные как surface mounted device, что означает устройство с креплением на поверхность. Их мощность и световой поток постоянно повышаются так же как и у традиционных лампочек с длинными ножками и круглой пластиковой линзой.

Общее устройство и принцип работы SMD светодиодов

Главным преимуществом таких светодиодов является их максимально близкое расположение кристалла относительно теплоотвода. Этот фактор имеет важное значение при излучении мощного светового потока с выделением большого количества тепла. Мощность одного SMD светодиода находится в диапазоне 0,01-0,2 Вт, а на отдельную керамическую подложку может быть установлено от 1 до 3 кристаллов.

Благодаря своей конструкции, контактные площадки подложки светодиодов непосредственно соединяются с монтажной платой. Широкий угол освещения и другие параметры позволяют со стандартным цоколем. Данные светодиоды широко применяются в различных дисплеях и табло за счет небольших размеров корпуса. Они легко монтируются на платы, объединяются в ленты и линейки, удобные для последующего разделения и монтажа. Широкий ассортимент типоразмеров корпусов существенно расширяет сферу использования SMD светодиодов.

Для выращивания кристаллов применяется стандартная технология, представляющая собой металлоорганическую эпитаксию. Толщина каждого выращенного слоя постоянно измеряется и строго контролируется. В отдельные слои добавляются специальные примеси - акцепторы или доноры, обеспечивающие получение р-п-перехода, когда электроны концентрируются в п-области, а дырки - в р-области.

На определенном этапе протравливаются пленки, создаются контакты к слоям переходов, контактные выводы покрываются металлической пленкой. Такая пленка выращивается на общей подложке, после чего она разрезается на множество чипов, площадью 0,06-1,0 мм. В дальнейшем эти чипы используются для изготовления светодиодов.

Готовые кристаллы устанавливаются в специальные корпуса. Затем к ним подводятся контакты, а в конце на кристалл монтируется оптическое покрытие для отражения излучения или, наоборот, для просветления поверхности. Например, при изготовлении белого светодиода выполняется равномерное нанесение люминофора. На следующем этапе от корпуса с кристаллом отводится тепло, а затем он покрывается пластиковым куполом для фокусирования света под нужным углом. Изготовление светодиодов таким способом предполагает использование новых технологий, составляющих около половины стоимости всего источника света.

Существует специальная технология размещения SMD светодиодов на единую подложку. Сокращенно она называется СОВ, что означает chip-on-board или чип на плате. При использовании данной технологии на плате размещается сразу несколько кристаллов, у которых отсутствуют керамические подложки и корпуса. Установленные кристаллы в дальнейшем покрывает общий слой люминофора, что позволяет значительно улучшить характеристики и снизить общую стоимость всей матрицы.

Независимо от технологии изготовления, все SMD светодиоды монтируются на общей металлической подложке, нередко выполняющей охлаждающую функцию. Если же светодиодная сборка обладает повышенной мощностью, устраивается дополнительное охлаждение с использованием радиатора и вентилятора.

Таким образом, маломощные SMD светодиоды, установленные в большом количестве в светильник, позволяют получить качественный рассеянный свет не применяя для этого какие-либо специальные оптические системы. В этом случае устанавливается лишь защитное стекло, поглощающее только 8% светового потока.

Плюсы и минусы светодиодов SMD

Несмотря на более низкую мощность по сравнению с люминесцентными лампами, светодиоды данного типа относятся к одним из наиболее перспективных. За счет белого излучения обеспечивается высокая точность передачи цветов и оттенков. SMD светодиоды за счет отличной световой отдачи, достигающей 146 люменов на Вт, позволяют в системах освещения.

Конструкции этих светодиодных источников света отличаются повышенной устойчивостью к вибрациям и механическому воздействию. Поэтому они активно используются в промышленном и уличном освещении. Срок службы таких светодиодов составляет около 30 тыс. часов, при ежедневной работе не менее чем 8 часов. Все типы устройств, в том числе SMD 3528, SMD 5050 и другие способны выдерживать любое количество циклов включений и выключений.

Светильники SMD отличаются широким спектром цветовой гаммы, куда входит не только интенсивность излучения, но и оттенки. В связи с этим отпадает надобность в использовании светофильтров. Многие светодиоды, например, SMD 5630 и SMD 5730 обладают низкой инерционностью, то есть они сразу начинают работать на полную мощность. Не нужно ждать нагрева и последующего свечения, как это бывает у обычных светильников.

Светодиоды SMD 3014, SMD 2835 и прочие аналогичные элементы отличаются разными углами излучения. Во время работы происходит генерация направленного светового потока, освещающего конкретную площадь, а не все окружающее пространство. Несомненным достоинством таких светильников является их абсолютная нечувствительность к холодам.

В качестве недостатков можно отметить непереносимость высоких температур, требующая проведения дополнительных мероприятий по вентиляции и отводу тепла. Следует отметить и высокую стоимость этих устройств, которая полностью окупается в процессе дальнейшей эксплуатации.

Характеристики SMD элементов

Светодиоды этого типа отличаются от других изделий собственными специфическими характеристиками. Прежде всего, вся их конструкция предназначена для поверхностного монтажа, в результате отпадает необходимость в пайке, креплениях и сборке. Большинство SMD светодиодов обладают низким тепловым сопротивлением, то есть они не нагреваются и могут располагаться на любых поверхностях - потолках, пластиковых панелях, возле натяжных полотен и т.д.

В зависимости от марки, размеры smd светодиодов могут быть самыми разными, в связи с чем они успешно используются в любых местах. В процессе работы мощность излучения этих элементов остается неизменной.

Многие светодиоды имеют силиконовое покрытие, способствующее герметизации и улучшенному отводу тепла. Для того чтобы правильно подобрать нужное изделие, применяется специальная маркировка smd светодиодов, в которой отображаются все основные параметры.

Более наглядно технические характеристики отображены в таблице:

Параметры	3528	5050	5630	5730	2835
Световой поток (Лм)				100
Мощность (Вт)	0,06	0,2	0,5	1,0	0,2
Температура (0 С)
Сила тока (А)	0,02	0,06	0,15	0,3	0,18
Напряжение (В)	3,3	3,3	3,3	3,4	3,3
Размеры (мм)	3,3х2,8	5,0 х 5,0	5,6х3,0	5,7х3,0	2,8х3,5

Световой поток второго поколения многокристальных светодиодных сборок семейства Luxeon S составляет 8000 лм. Кроме того, Philips Lumileds возобновила поставки синих светодиодов в бескорпусном исполнении и корпуса под размеры кристаллов CSP (chip-scale package), которые обеспечивают максимальную гибкость при изготовлении сложных и плотно упакованных сборок.

Тонкопленочные перевернутые кристаллы

Lumileds прекратила поставки бескорпусных синих кристаллов светодиодов, перейдя на тонкопленочную архитектуру перевернутых кристаллов, которая исключает удаление сапфировой подложки перед корпусированием. С появлением перевернутых светодиодных компонентов Flip-Chip эта компания разработала такую архитектуру, в которой прозрачная подложка обеспечивает устойчивое положение бескорпусного кристалла, интегрируемого производителями непосредственно в изделия.

Основное преимущество архитектуры Flip-Chip состоит в отказе от использования проволоки для термокомпрессионной сварки. Эта проволока не только является возможной причиной отказа, но и ограничивает размещение светодиодного кристалла и плотность управляющего тока светодиода. Однако до появления новой конструкции бескорпусные кристаллы Flip-Chip были слишком непрочными для их продажи в таком виде.

Светодиодный кристалл Flip-Chip от Lumiled

Теперь же у производителей светильников имеется возможность не только устанавливать корпусированные светодиоды в светильники традиционным способом, но и самостоятельно подбирать люминофор и корпус для светодиодных кристаллов в соответствии с требованиями приложения.

Lumileds стала первым производителем, который разрабатывает и поставляет светодиоды в корпусах CSP, размеры которых, по сути, те же, что и у кристаллов. Площадь основания светодиода Flip-Chip от Lumileds почти совпадает с площадью кристалла. Единственное различие состоит в присутствии контактных площадок в основании кристалла, которые оптимизированы под стандартный процесс пайки оплавлением. Степень преобразования электрической энергии в оптическую у кристалла размером 1×1 мм составляет 56-61% в зависимости от длины волны. Lumileds традиционно не специфицирует световой поток или эффективность этих светодиодов, поскольку излучение на этих длинах волн находится в зоне пониженной чувствительности человеческих глаз.

Многокристальные сборки Luxeon S

Lumileds анонсировала семейство многокристальных компонентов Luxeon S второго поколения. Плотность светового потока этих изделий достигает 50 лм/кв.мм, а их суммарный световой поток составляет 1000-1800 лм в зависимости от исполнения.

Семейство светодиодных компонентов Luxeon S второго поколения

Хотя изделия Luxeon S первого поколения были выполнены в виде стандартных сборок на одном источнике света в небольшом квадратном корпусе, новые изделия, по сути, относятся к типу COB (кристалл-на-подложке). Компания Lumileds не стала использовать в маркировке этих компонентов тип COB отчасти потому, что речь в данном случае идет о светодиодах с люминофором, преобразующим излучение в белый свет, а не о массиве синих светодиодов с люминофорным покрытием.

Рахул Бамми (Rahul Bammi), вице-президент Lumileds, уточнил, что схема размещения светодиодов на монтажной плате рассчитана таким образом, чтобы обеспечить требуемый угол излучения. Среди других приложений эти сборки предназначены для замены 75- и 100-Вт металлогалогенных ламп направленного света для розничных магазинов.

Плотность светового потока новых сборок в два раза превышает показатели предлагаемых на рынке решений. Световой поток компонентов Luxeon S достигает 8000 лм при вдвое меньших размерах оптической системы, что позволяет использовать эти светодиоды для замены устаревших керамических металлогалогенных ламп (КМГЛ) для направленного освещения и в архитектурных приложениях. При этом сборки Luxeon S обеспечивают сравнимую светоотдачу в 90 лм/Вт, но, в отличие от КМГЛ, мгновенно включаются, имеют большую цветовую насыщенность, а их срок службы в четыре раза превышает показатель КМГЛ, составляя 60 тыс. ч.

Компания утверждает, что благодаря используемым светодиодам и схеме их размещения сила света в центральной части пучка составляет 50 тыс. кд. Это решение также оптимизировано по цвету во всем угле излучения. Lumileds предлагает светодиоды с цветовыми температурами 2700 или 3000 К с коэффициентом цветопередачи равным 80 или 90, а также 3500-5000 К с CRI равным 80.

Постоянное повышение мощности светодиода, для увеличения светового потока (яркости) привело к изменению традиционной цилиндрической формы корпусного пластикового светодиода. Вызвано это тем, что такое конструктивное исполнение перестало удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода от кристалла. Поэтому с целью максимально приблизить SMD чип к теплопроводящей поверхности, на смену традиционной технологии приходит более совершенная SMD.

Название является сокращением от surface montage details - поверхностный монтаж деталей. Хоть данную технологию использовали уже давно в подсветках клавиатуры мобильных телефонов, но мощности первых образцов было недостаточно для освещения. В настоящее время SMD светодиоды перешагнули порого в сотню ватт и с каждым месяцем продолжают увеличивать её. Светодиод, изготовленный по технологии SMD, схематически изображен на рисунке.

Вместе с существенным ростом иощности и яркости SMD светодиода относительно его корпусных собратьев, получаем и более широкий угол освещения. Благодаря этому стало более легко изготавливать светодиодные лампы, так как световой поток идёт не такой узкоконцентрированный, как в обычных LED.

Некоторые основные модели бескорпусных SMD светодиодов малой мощности и их технические характеристики приведены в таблице:

Модель SMD	Функц.	Напр. тип, В	Напр. макс, В	Ток, мА	Угол,град.
L-C191	SMD светодиод	2.1	2.8	20	130
L-C170	SMD светодиод	2.1	2.8	20	130
L-C150	SMD светодиод	2.1	2.8	20	130
L-180	SMD светодиод	2.1	3	20	24
L-955	SMD светодиод	2.1	2.8	20	120
L-965	SMD светодиод	2.1	2.8	20	140

Светодиоды, выполненные по технологии SMD, монтируются непосредственно на общую подложку, которая часто исполняет роль радиатора (охлаждения). Так создаются целые светодиодные модули и пластины, которые могут иметь прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими - например светодиодные ленты. Для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки SMD на металлическом массивном радиаторе. В отдельных случаях, для светодиодов более 100 ватт, применяют даже принудительное охлаждение - обдув кулером.

Конструктивные особенности и габаритные размеры бескорпусных диодов, диодных матриц и транзисторов показаны на рис.11 и 12.

Примеры записи диодных матриц и бескорпусных транзисторов в конструкторской документации:

Диодная матрица КД908 3.362.015 ТУ.

Диодная матрица КД917А 362.015 ТУ.

Транзистор КТ319А XX3.365.144 ТУ.

Рис 11. Габаритные чертежи бескорпусных диодов и диодных матрица – КД901А-Г:б - КД902А-И;в – КД904А-Е;г – КД907А-Г;д – КД911А,е - КД913А,ж -КД918А-Г,з - АЛ109А;и – АЛ3011А-Б.

в

а

Окончание рис. 11.

Рис 12. Габаритные чертежи бескорпусных транзисторов типов: а - КТ119А, б - КТ120А, в - КТ202А-Г, г - КТ-317А-В, д - КТ318А-Е, е - КТ324-Е, ж - КТ331А-Г, з - КТ333А-Е, и - КТ336А-Е, к - КТ354А-В, л - КТ360А-В, м - КТ369А-Г, н - КТ364А-В.

КОРПУСА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И

МИКРОПРОЦЕССОРОВ

Корпуса интегральных микросхем классифицируют по форме и расположению выводов и делят на 6 типов в соответствии с ГОСТ 17467-88 . По форме и расположению выводов указанные типы корпусов подразделяются на подтипы. Подтипы обозначаются двузначными цифрами, например: для корпусов типа 1 подтипы обозначаются цифрами 11, 12, 13, 14, 15 (первая цифра указывает на тип корпуса). Каждому типу корпуса присваивается шифр, состоящий из обозначения типа корпуса (двузначное число) и порядкового номера типоразмера (двузначное число), например: 1209, 4130, 5202.

При выборе конструкции корпуса необходимо учитывать, что она должна:

защитить интегральные микросхемы от воздействия окружаю­щей среды и механических повреждений, а также обеспечить чистоту среды, окружающей элементы и компоненты интегральных микросхем;

обеспечить удобство и надежность монтажа кристаллов полу-проводниковых интегральных микросхем и плат гибридных интег­ральных микросхем в корпусе;

отвести тепло от микросхемы, размещенной внутри корпуса;

обеспечить надежное электрическое соединение элементов схемы и в то же время обеспечить электрическую изоляцию между токопроводящими элементами;

обеспечить надежное крепление корпуса, быть простой и дешевой в изготовлении и обладать высокой надежностью.

Все типы корпусов в зависимости от применяемых для их изготовления материалов подразделяют на следующие виды: металлостеклянные, металлокерамические, металлополимерные,пластмассовые и керамические. Корпуса 1-го типа изготавливают в металлостеклянном, металлополимерном и значительно реже - в металлокерамическом исполнении. Для изготовления корпусов 2-го типа чаще всего используются пластмасса и керамика. Корпуса 3-го типа изготавливают только в металлостеклянном исполнении, 4-, 5-, и 6-го типов в металлостеклянном, металлополимерном и металло-керамическом исполнении.

Рис. 13. Конструкция корпуса типа I подтипа 1.

Рис. 14. Конструкция корпуса типа 1 подтипа 2.

Рис. 15. Конструкция корпуса типа 1 подтипа 3.

Рис. 16. Конструкция корпуса типа 1 подтипа 4.

Рис. 17. Конструкция корпуса типа 1 подтипа 5, варианты 1 и 2.

Рис. 18. Конструкция корпуса типа 1 подтипа 5, вариант 3.

Рис. 19. Конструкция корпуса типа 2 подтипа I.

Рис. 20 Конструкция корпуса типа 2 подтипа 2.

Рис. 21. Конструкция корпуса типа 3 подтипа 1.

Рис. 22. Конструкция корпуса типа 3 подтипа 2.

Рис. 23. Конструкция корпуса типа 4 подтипа 1.

Рис 24.Конструкция корпуса типа 4 подтипа 2.

Рис. 25. Конструкция корпуса 4 подтипа 3.

Рис. 26. Конструкция корпуса типа 4 подтипа 4.

Рис. 27. Конструкция корпуса типа 4 подтипа 5.

Рис. 28. Конструкция корпуса типа 5 подтипа 1.

Рис.29. Конструкция корпуса типа 5 подтипа 2.

Рис. 30. Конструкция корпуса типа 6 подтипа 1.

Pис. 31. Конструкция корпуса типа 6 подтипа 2.

Наибольшей механической прочностью обладают металло-стеклянные и металлокерамические корпуса. Надежная гермети­зация микросхем обеспечивается металлостеклянными корпуса­ми, в которых крышка к основанию крепится методом сварки, осуществляемой в вакууме или в среде инертного газа под давлением, несколько превышающем атмосферное.

Высокой герметичностью обладают и металлокерамические корпуса. Крышка в них крепится к основанию методом пайки. Наименее герметичны пластмассовые и металлополимерные корпуса.

Для герметизации гибридных интегральных микросхем следует применять в основном металлостеклянные, металлокерамические и пластмассовые корпуса 1-, 4-, и 5-го типов.

Чертежи и типоразмеры корпусов приведены на рисунках и в таблицах:

Тип 1: рис. 13-18; табл. 19-25;

Тип 2: рис. 19, 20; табл. 26-28;

Тип 3: рис. 21, 22; табл. 29-32;

Тип 4: рис. 23-27; табл. 33-43;

Тип 5: рис. 28-29; табл. 44-49;

Тип 6: рис. 30-31; табл. 50-52.

Ключ микросхемы расположен в заштрихованной области корпуса.

Условное обозначение корпуса в конструкторской документации должно состоять из слова "Корпус"; типоразмера, включающе­го в себя номер подтипа корпуса и двузначное число, обозначающее порядковый номер типоразмера; цифрового индекса, определяющего действительное количество выводов; порядкового регистрационного номера и обозначения стандарта. Пример обозначения: Корпус 2105.14-5 ГОСТ 17467-88.

Таблица 19

Размеры, мм

Таблица 20

Размеры, мм

Шифр типоразмера		D макс	Е макс	А 2 макс

Таблица 21

Размеры, мм

Шифр типоразмера		D макс	е 1 ном	Е макс	А 2 макс

Таблица 22

Размеры, мм

Шифр типо-размера		n D	n E	D макс	Е макс	А 2 макс

Таблица 23

Размеры, мм

Шифр типо-размера		n D	n E	D макс	Е макс	А 2 макс

Таблица 24

Интернет на Андроиде