Современные светодиоды

КОРПУСА ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ МАЛОЙ И БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

В состав корпусов светодиодов обязательно входят два электри­ческих вывода и оптически прозрачное окно для вывода излучения. Корпуса для мощных светодиодов, как правило, также содержат теп­лоотвод для рассеяния избытков тепла. Материалы для окон корпу­са должны обладать следующими свойствами: оптической прозрач­ностью, высоким показателем преломления, химической инертностью, стабильностью при высокой температуре и герметичностью. Монтаж кристалла в корпус с окном, по показателю преломления находящимся между воздухом и полупроводником, увеличивает эффективность вы­вода излучения. Большинство корпусов светодиодов изготавливается из полимеров с показателями преломления в диапазоне от 1,5 до 1,8. Уменьшение разницы показателей преломления на поверхности полу­проводника увеличивает угол полного внутреннего отражения, что рас­ширяет конус вывода излучения и увеличивает эффективность вывода излучения.

На рис. 11.1, а показан вариант корпуса маломощного светодиода. Кристалл светодиода крепится выводами вверх, приклеивается или припаивается на дне чашеподобного углубления (чашки отражателя), соединенного с одним из электрических контактов (обычно с катодом). Провод к верхнему контакту светодиода соединяется со вторым выво­дом (анодом). Такой корпус часто называют корпусом Т1-3/4 или 5 мм - корпусом.

В маломощных светодиодах корпуса, как правило, имеют форму полусфер, как показано на рис. 11.1, а; поэтому лучи выходящего света всегда попадают на границу раздела корпус-воздух под прямыми углами. Таким образом, на этой границе раздела не возникает полное внутреннее отражение. Существуют и несферические типы корпусов, например прямоугольные и цилиндрические с плоскими верхними по­верхностями (рис. 11.1,6). Плоские поверхности используют, если све­тодиоды должны быть заподлицо с поверхностью устройств, в которые они встраиваются, или если на них будут смотреть только под угла­ми, близкими к прямым. Корпуса должны защищать светодиоды от нежелательных механических воздействий, влажности и химических реагентов. Корпуса скрепляют конструкцию, состоящую из анодных и катодных выводов, кристалла светодиода и соединительных про­водов.

Рис. 11.1. Типичные корпуса светодиодов: а —светодиод в полусферическом

корпусе, б — светодиоды в цилиндрическом и прямоугольном корпусах

На рис. 11.2 представлена фотография группы светодиодов на мон­тажной рамке с выводами. Индивидуальные рамки монтируются на временном креплении, удаляемом после завершения монтажа свето­диода (крепления кристалла, подсоединения проводов). Эпоксидный корпус обеспечивает механическую связь между анодным и катодным выводами. Кристалл светодиода крепится к плоской поверхности дна чашки отражателя, обладающего высокой отражательной способно­стью, при помощи проводящей эпоксидной смолы, содержащей серебро. Отметим, что в случае мощных светодиодов для крепления кристаллов с отражателем предпочитают использовать металлсодержащие спаи, поскольку их тепловое сопротивление намного ниже, чем у проводящих эпоксидных смол.

На рис. 11.3 показан корпус мощного светодиода. Корпуса для мощных СД, как правило, отводят тепло от кристалла светодиода к радиатору. Такой путь может обеспечивать специально изготовленная печатная плата. Корпус, показанный на рис. 11.3, обладает тремя характерными особенностями. Во-первых, в его состав входит алюми­ниевый или медный радиатор, имеющий низкое тепловое сопротивле­ние, к которому при помощи содержащего металл припоя, крепится кристалл светодиода. Во-вторых, кристалл светодиода герметизируется силиконом, обеспечивающим отсутствие механических напряжений во время эксплуатации. На силикон наносится пластиковое покрытие, играющее роль линзы. В-третьих, кремниевая подложка, на которую крепится светодиод, обеспечивает конструкции защиту от электроста­тических разрядов.

На рис. 11.4 представлены фотографии корпусов мощных свето­диодов. Видны гребенчатые контакты светодиодов на основе нитри­
да галлия (рис. 11.4,6). На рис. 11.4, в показано крепление корпуса светодиода к печатной плате, обладающей высокой теплопроводностью и обеспечивающей эффективное охлаждение всей структуры (LED Museum, 2003). Несколько чипов, расположенных на одной подлож­ке, могут быть соединены последовательно, что позволяет увеличи­вать рабочее напряжение при одновременном снижении рабочих токов (Krames et al., 2002, 2003).