Rozwój technologii produkcji diod LED

| Prezentacje firmowe Artykuły

Od początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy to diody LED zaczęto stosować w aplikacjach oświetleniowych, znacząco wzrosła ich sprawność oraz współczynnik charakteryzujący wydajność świetlną w lumenach do ceny tych podzespołów. Rzadko jednak mówi się o rewolucyjnych zmianach w konstrukcji, które pozwoliły na wykorzystanie ich w bardziej wymagających projektach niż podświetlanie. W poszukiwaniu niższej ceny rozwiązań i lepszych parametrów producenci diod pracują nie tylko nad ulepszeniem konstrukcji struktury półprzewodnikowej, ale również nad większym wykorzystaniem emitowanego przez nią światła.

Rozwój technologii produkcji diod LED

Rys. 1. Rozwój obudów diod: od konwencjonalnej do Wicop

Koszty zmniejszono przez uniknięcie stosowania złota i srebra. Już dawno zrezygnowano ze złotych drucików bondingu łączących anodę i katodę z padami i zastąpiono je przez wprowadzenie technologii flip-chip, a więc taką konstrukcję struktury, aby światło było emitowane z przeciwnej strony, niż są wyprowadzone połączenia.

Zaprzestano też stosowania kleju z dodatkiem srebra, stosowanego wcześniej do łączenia półprzewodnika z obudową. Srebro ma duży współczynnik odbicia światła, więc służyło jako lustro. Koszty zmniejszono również przez użycie półprzewodnikowych płytek podłożowych o większej średnicy - z jednego wafla można wyciąć więcej pojedynczych diod.

Parametry diod poprawiają się nieprzerwanie - coraz lepsze półprzewodniki emitują coraz więcej światła, ale również obudowy są tworzone z coraz lepszych materiałów. Są one bardziej wytrzymałe na wysokie temperatury oraz mają większy współczynnik odbicia, co poprawia o kolejne kilka procent wydajność świetlną.

Rys. 2. Oszczędność miejsca i zmniejszenie kosztów dzięki zastosowaniu diod Wicop2

Dobrym przykładem takich zmian są diody z serii 5630D firmy Seoul Semiconductor - ten sam półprzewodnik dostępny w różnych obudowach daje możliwość sterowania jedną diodą prądem do 200 mA, z mniejszym współczynnikiem odbicia obudowy - mniejszą sprawnością, nawet przy niskich prądach lub do 180 mA - ale z obudową o lepszym odbiciu, ze sprawnością do 210 lm/W przy 65 mA.

Kolejne kroki w rozwoju technologii to zmiany w układzie optycznym. Producenci zmienili konstrukcję i zaprojektowali elementy formujące strumień tak, aby możliwe było użycie diod w oprawach ulicznych. Soczewka dodatkowa nie może znajdować się zbyt blisko struktury, gdyż druciki powodowałyby cienie wpływające na emisję.

Dlatego wprowadzono obudowy CSP (Chip Scale Package) - czyli rozwiązania, gdzie półprzewodnik jest pokryty warstwą fosforu i umieszczony na podłożu ceramicznym - co pozwala na stosowanie optyk osadzonych blisko - zmniejszając powierzchnię (mniejsza dioda) i wysokość opraw końcowych. Seoul Semiconductor poszedł o krok dalej i zrezygnował również z podłoża ceramicznego - poprawiając przewodność termiczną całego komponentu i oczywiście dalej obniżając koszty.

Te elementy to seria Wicop2, czyli przeznaczona na rynek oświetleniowy wersja diod Wicop (Wafer Level Integrated Chip on PCB) - stosowanej w aplikacjach motoryzacyjnych od kilku lat, a więc sprawdzonych w najbardziej wymagających warunkach. Stosowanie najnowszych rozwiązań na pewno zwiększa możliwości producentów lamp.

Osiąganie takich samych strumieni, z mniejszych powierzchni, pozwala na projektowanie opraw tańszych i bardziej eleganckich. Stosując takie rozwiązania, producenci lamp mają po raz pierwszy możliwość tworzenia konstrukcji o właściwościach zbliżonych do emiterów COB, za pomocą pojedynczych diod. Pozwala to na pełną dowolność projektową w zakresie LES (Light Emitting Surface) i mocy, w pełni dopasowanej do końcowego zastosowania, a niewymagającej zmian soczewek - już przeznaczonych do COB.

Wicop2

Diody Wicop2 są dostępne w wielu odmianach, o rozmiarach od 1,5×1,5 mm do 2,2×2,2 mm - jako diody mocy. Wkrótce jednak będą dostępne również jako elementy średnich mocy - do zastosowań, w których konieczna jest większa liczba emiterów rozmieszczona tak, żeby światło było jednolite. Portfolio obecnie produkowanych komponentów jest dostępne na stronie producenta www.seoulsemicon.com.

Mariusz Ciesielski
Microdis Electronics sp. z o.o.

www.microdis.net