Делаем простой светодиод своими руками

Вопрос: «Можно ли сделать светодиод своими руками?» среди рядовых мастеров наверняка вызовет удивление. Казалось бы, зачем придумывать то, что давно придумано и серийно выпускается? Однако существует такая категория людей, которые обожают мастерить что-то необычные. Для них конструирование светодиода – это возможность повторить эксперименты О.В. Лосева, проводимые около ста лет назад, и шанс доказать себе и друзьям реальность создания светодиода в домашних условиях.

Что понадобится

Основной конструкционный материал – кусочек карбида кремния. В обычном магазине его не купишь, но если постараться, то можно найти в интернете среди частных объявлений. Кроме него понадобится иголка от булавки, соединительные провода, два мебельных гвоздя с широкой шляпкой и регулируемый источник напряжения (0-10 вольт). Также понадобится припой и немного умения пользоваться паяльником. Для измерений параметров самодельного светодиода подойдет простой мультиметр.

Подготовительная работа

Первым делом нужно найти участок на поверхности карбида кремния, способный к излучению света. Для этого исходный материал придётся раздробить на несколько кусочков размером 2-5 мм. Затем каждый из них поочередно кладут на металлическую пластинку, подключенную к плюсу источника питания напряжением около 10В. Вторым электродом выступает острый щуп или игла, присоединённая к минусу источника питания.

Затем исследуемый кусочек нужно прижать пинцетом к пластине, и острой иглой прощупать его верхнюю часть в поисках светящегося участка. Таким образом, отбирают кристалл с наибольшей яркостью. Стоит отметить, что карбид кремния может излучать свет в спектре от оранжевого до зелёного.

Изготовление светодиода

Для удобства монтажа лучше взять гвоздик длиной 10-15 мм с большой шляпкой и хорошо её залудить. Она послужит основанием и теплоотводом для кристалла. С помощью паяльника олово на шляпке доводят до жидкого состояния и пинцетом слегка утапливают подготовленный экземпляр карбида. Естественно, что излучающий участок должен быть направлен вверх. После затвердевания припоя нужно убедиться в надёжной фиксации кристалла.

Для изготовления отрицательного электрода понадобится острая часть булавки и одножильный медный провод. Как видно из фото, обе детали лудятся и надёжно спаиваются между собой. Затем на проволоке делают петлю для придания ей свойства пружины. Свободный конец провода запаивают на шляпку второго гвоздя. Оба гвоздика прикрепляют к монтажной плате на небольшом расстоянии друг от друга.

На заключительном этапе к ножкам гвоздей подводят питание соответствующей полярности. Замыкается электрическая цепь иголкой, которую фиксируют в точке кристалла с максимальным свечением. Плавно наращивая напряжение питания, можно определить значение, при котором яркость перестаёт интенсивно нарастать. В результате проведенных измерений падение напряжения составило 9В, а прямой ток 25 мА. При смене полярности карбид кремния перестаёт излучать свет, что частично объясняет его полупроводниковые свойства.

Не удивлюсь, если радиолюбители со стажем выскажут свой негатив в адрес получившейся необычной конструкции, напоминающей простейший светодиод. Однако иногда собирать подобные вещи самостоятельно – это интересно и даже полезно. Примером служат радиолюбительские кружки для школьников, в которых дети знакомятся со свойствами разных материалов, учатся паять и познают азы полупроводников.

Источник

Как делают светодиоды

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.

Смотрите также по этой теме:

Источник

Как сделать светодиодный модуль

Светодиоды и изделия на их основе становятся всё популярнее. Светодиодные лампочки и светильники планомерно вытесняют с полок магазинов традиционные источники света. Радиолюбителей этот полупроводниковый прибор также не может оставить равнодушными и всё чаще возникает вопрос: как сделать светодиод своими руками?

Сам светодиод достаточно сложен в изготовлении, и повторить технологический процесс вне производственных условий невозможно. Выращивание кристалла, корпусирование, нанесение люминофора – всё это требует сложного дорогостоящего оборудования. Однако дальнейший жизненный путь светодиода, вышедшего из производства, может быть самым разнообразным. Светодиоды используются в подсветке мониторов, в индикации, в освещении и многих других областях. Они открывают огромные возможности, как для профессиональных разработчиков, так и для простых любителей мастерить что-либо своими руками.

Для того чтобы светодиод заработал его нужно припаять на плату, такой узел уже будет называться светодиодным модулем. Модуль может включать один или несколько светоизлучающих диодов.

В отличие от индикаторных светодиодов, которые имеют длинные выводы под пайку в отверстия, мощные осветительные светодиоды выполняются в основном в корпусах для поверхностного монтажа. Поэтому припаять их на плату своими руками, намного сложнее, да и сами печатные платы для таких светодиодов бывают разных видов.

Стеклотекстолит можно использовать, только если мощности невелики, не более ватта на светодиод, чтобы избежать его перегрева. При этом пространство вблизи диода должно быть металлизировано, а иногда «усеивается» переходными отверстиями для скорейшего отвода тепла на вторую сторону платы. Хотя радиатор из такой платы получается неважный, она имеет существенное достоинство – ее можно без проблем сделать своими руками, используя старую добрую технологию «принтера и утюга».

Для оптимального отвода тепла мощный светодиод обычно монтируется на плату MCPCB («Metal Core Printed Circuit Board» – печатная плата на алюминиевом основании).

Она представляет собой алюминиевую пластину, которая имеет на поверхности медные печатные проводники, отделенные от основания тонкой диэлектрической окисной пленкой. Такие платы обычно имеют толщину 1,5-2мм, они значительно дороже текстолитовых и, как правило, их можно достать только в готовом виде, уже разведенные под конкретные типы светодиодов. Своими руками сделать такую плату не удастся – нужно иметь специализированное производство. Однако в последнее время практически все отечественные изготовители печатных плат стали оказывать услуги по изготовлению MCPCB и если есть большое желание изготовить свой уникальный светодиодный модуль, то сегодня можно реализовать его. Стоить это будет недешево.

Пайка светодиода на плату MCPCB представляет определенные трудности:

• при попытке спаять диод обычным паяльником или паяльной станцией плата становится существенной помехой – радиатором, который отводит тепло от контактной площадки, не давая как следует разогреть ее, поэтому приходится пользоваться мощным паяльником;
• мощный светодиод помимо катода и анода обычно имеет еще и вывод для отвода тепла, представляющий собой плоскую площадку, расположенную на дне корпуса светодиода, т.е. недоступную для жала паяльника.

Типовая плата для таких светодиодов представлена на рисунке ниже.

Из-за причудливой формы такая плата называется «звезда». По центру посадочное место светодиода, в данном случае XPE фирмы CREE. Сам светодиод выглядит так

Пайка светодиода на «звезду» может быть выполнена с помощью термофена, но делать это нужно с большой осторожностью, чтобы не повредить линзу. Также следует следить, чтобы воздушный поток не сместил светодиод. Паяльной пастой злоупотреблять не стоит, если нанести избыточное кол-во, корпус может «поплыть» и получится перекос.

Если необходимо спаять большое кол-во светодиодов, например, модуль в виде длинной линейки, то фен точно не лучший вариант.

Существует более эффективный метод монтажа. Старый утюг с плоской подошвой может стать идеальным инструментом для «выпекания» светодиодных модулей. Он устанавливается подошвой вверх и нагревается градусов примерно до 230. Затем на него осторожно устанавливается алюминиевая плата с предварительно нанесенными флюсом, паяльной пастой и установленными светодиодами. Визуально можно будет увидеть, когда плата нагреется, произойдет оплавление паяльной пасты и сформируются четкие пайки. Главное не передержать – светодиод можно подвергать воздействию таких температур только в течение нескольких десятков секунд, иначе можно вывести его из строя или потерять значительную долю светового потока. Таким способом можно спаять одновременно несколько десятков светодиодов.

Источник