Как сделать светодиодный модуль. Изготовление плат и сборка устройства для плавного розжига светодиодов Схемы светодиод для печатных плат

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.

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.

Читайте так же

В наших предыдущих статьях мы много раз описывали процесс изготовления платы для установки в автомобиль различных светодиодных модулей. Использование метода ЛУТ дает очень широкие возможности для реализации самых смелых идей. Однако в последнее время все чаще наши клиенты задают вопрос о том, как сделать по этой технологии плату, которая была бы больше размером, чем стандартный лист А4. Дело в том, что у абсолютного большинства имеется принтер, который способен печатать только в формате А 4 и, следовательно, более крупные платы изготовить по методу ЛУТ не представляется возможным. В этой статье мы постараемся подробно описать, как с помощью. Метода ЛУТ делать составные платы на примере «светодиодных ресничек».

Светодиодный модуль, который необходимо создать имеет длину 43 см. А так как в наличии имеется принтер и сканер формата А4 (длина А4 составляет 29,7 см, если что), то плату необходимо делать составную.

Для начала нарисуем плату и распечатаем ее на 2 разных листах А4. Важно делать плату немного с запасом, чтобы впоследствии удалить лишнее. По методу ЛУТ переносим изображение на тектолит.

Наносим на платы метки соединения, чтобы проще было монтировать цельную плату. Теперь платы готовы к травлению.
Вырезаем лишний текстолит и переходим к травлению.

Аккуратно отрезаем лишнее по линии разреза. Край должны быть максимально плоскими, чтобы обе платы соединились и выглядели как единое целое.

Удаляем все лишнее и приступаем к припаиванию светодиодов и резисторов.

С обратной стороны платы спаиваем сами платы между собой.

Плата готова.

Теперь ее легко можно использовать в качестве светодиодных ресничек. Достаточно подобрать рассеиватель и можно устанавливать модуль в автомобиль.

Изготовление светодиодной лампы на 220 В своими руками занятие интересное, требующее терпения. Дополнительно нужны небольшие знания физики, и умение паять. Главная задача состоит в создании схемы преобразователя переменного тока сети на постоянный в 12 В, на котором работает светодиодный светильник.

Светодиодная лампа

Представляет маленький светящийся диодный элемент, работающий от постоянного тока в основном в 12В. Для создания ламп их собирают по несколько, в зависимости от требуемой интенсивности света . Преимущества такого освещения:

• мизерное потребление электроэнергии;
• срок службы от 100 000 часов;
• могут работать сутками, без отключения;
• в продаже имеется большой выбор различных моделей.

Основной недостаток в высокой стоимости готовых светодиодных светильников. Продавцы плохо разбираются в вопросе и не могут квалифицированно ответить на ваши вопросы. В самой характеристике лампы не учитываются потери при прохождении света через рассеиватель , матовое стекло и свойства отражателя.

На упаковке светильника указаны расчетные данные, исходящие из характеристик и количества светодиодных элементов. Поэтому по факту световой поток купленной лампы значительно ниже требуемого и освещение слабое. Сами лампы и детали для создания схем стоят копейки. Поэтому проще всего умельцам сделать все своими руками.

Использование светодиодных светильников

В домах и квартирах часто необходимо постоянное освещение какого-то места. Это могут быть лестницы и детские комнаты, туалеты, где нет окон, а в доме живет ребенок, который не может дотянуться до выключателя.

Неяркий свет и малое потребление энергии позволяют ставить освещение в подъездах и на крыльце, перед калиткой и воротами гаража. Светильники с мягким свечением за счет гашения бликов, применяются для освещения рабочих столов в кабинетах и на кухне.

Создание светодиодного светильника своими руками

Многих мучает вопрос, как сделать светодиодную лампу своими руками и возможно ли это. Схем для создания светодиодного освещения, работающего от сети переменного тока в 220 В, много, все они решают ряд общих задач:

При создании светодиодного освещения своими руками приходится решать еще и задачи:

• куда поместить схемы и светодиоды;
• как изолировать осветительную конструкцию;
• правильный теплообмен.

Схемы светодиодных ламп

Выравнивание переменного пота и создание необходимой мощности и сопротивления для светодиодных светильников решается двумя способами. Схемы условно можно разделить на:

• с диодным мостом;
• резисторные, с четным количеством светодиодных элементов.

Каждый вариант имеет простые схемы и свои преимущества.

Схема преобразователя с диодным мостом

Диодный мост состоит из 4 диодов , направленных в разные стороны. Его задача превратить синусоидальный переменный ток в пульсирующий. Каждая полуволна проходит через два элемента , и минус меняет свою полярность.

В схеме, для светодиодной лампы, перед мостом со стороны источника переменного тока на плюс подсоединяется конденсатор С10,47х250 v. Перед минусовой клеммой ставится сопротивление на 100 Ом. Позади моста, параллельно ему, устанавливается еще один конденсатор – С25х400 v, который сглаживает перепад напряжений. Сделать своими руками такую схему легко , достаточно иметь навыки работы с паяльником.

Светодиодный элемент

Плата со светодиодными элементами применяется стандартная, от вышедшего из строя светильника. Необходимо проверить перед сборкой, чтобы все детали были рабочими. Для этого используется аккумулятор на 12 V, можно от автомобиля. Нерабочие элементы можно заменить, распаяв аккуратно контакты и поставив новые. Внимательно следите за расположением ножек анода и катода. Они соединяются последовательно.

При замене 2 – 3 деталей, вы просто припаиваете их в соответствии с положением, которое занимали вышедшие из строя элементы.

Собирая новый светодиодный светильник своими руками, нужно помнить простое правило. Лампы соединяются по 10 последовательно , затем эти цепи подключаются параллельно. На практике это выглядит так:

1. 10 светодиодов ставите в ряд и спаиваете ножки анод одной с катодом второй. Получается 9 соединений и по одному свободному хвостику по краям.
2. Все цепочки припаиваете к проводам. К одному катодные концы, к другому анодные.

В текстах часто используется словесное обозначение контактов, на схемах значки. Напоминание для начинающих электриков:

• катод, положительный - «+», присоединяется к минусу;
• Анод отрицательный – «-», присоединяется к плюсу.

При сборке схем своими руками, следите, чтобы спаянные концы не касались других. Это приведет к замыканию и сгорит вся схема, которую вы сумели сделать.

Схемы для более мягкого свечения

Чтобы светодиодная лампа не раздражала глаза миганием, в схему сборки надо добавить несколько деталей. В целом преобразователь тока состоит из:

• диодный мост;
• конденсаторы на 400 нФ и 10 мкФ;
• резисторы на 100 и 230 Ом.

Для защиты от скачков напряжения, вначале ставится резистор на 100 Ом, и за ним впаивается конденсатор в 400 нФ . В предыдущем варианте они установлены на разных концах входа. За конденсатором после диодного моста устанавливается еще один резистор 230 Ом. За ним идет последовательная цепочка светодиодов (+).

Схемы на резисторах

Самая простая схема для желающих сделать все своими руками состоит из двух резисторов 12 k и двух цепочек с одинаковым количеством светодиодных элементов припаиваются соединенные последовательно лампы с разной направленностью. Со стороны R 1 одна полоса припаивается катодом, вторая – анодом. Другой отводок к R 2 наоборот.

Это создает более мягкое свечение ламп, поскольку светодиодные элементы горят поочередно и пульсация вспышек для глаз практически незаметна. Такие светильники можно использовать даже в качестве местного освещения при работе за столом, заменив, таким образом, обычную настольную лампу.

Специалисты, которые сделали своими руками не одну лампу, рекомендуют собирать не менее 20 светодиодов для этой схемы . Чаще используют 40. Это обеспечивает хорошее освещение и схема собирается легко. Для большего количества сложно производить качественную пайку схемы, не задев соседних контактов. Да и собирать ее в корпус трудно.

Можно делать светильник из 4 или 6 более мощных светодиодов. Для расчета схем использовать специальный калькулятор, который можно найти в интернете.

При создании различных схем своими руками из светодиодных приборов и других, можно использовать для правильного расчета онлайн-калькулятор . Его легко найти на сайтах, которые посвящены электрическим приборам и описанию, как их сделать. Его использование значительно упростит процесс расчета силы тока, сопротивления и позволит проверить правильность подбора деталей.

Корпуса для светодиодных ламп

Для удобного включения светодиодной лампы, которую сделали своими руками, в обычные осветительные приборы, используют:

• цоколи обычных ламп накаливания;
• корпуса от энергосберегающих ламп;
• галогенные лампы;
• самодельные приспособления.

Каждый специалист, делая светодиодную лампу своими руками, выбирает наиболее подходящий вариант. Цоколь дает возможность закрутить лампу в обычный патрон и одновременно обеспечивает теплообмен. Перегреваясь, светодиодная лампа быстрее выходит из строя.

Цоколь с лампы накаливания

Аккуратно отделяем стеклянную колбу и извлекаем спираль. Затем внутрь цоколя помещается схема и сверху на плате крепятся лампы. Недостаток такого основания в неприглядном виде и плохой изоляции.

Корпус энергосберегающей лампы

Самый удобный и практичный вариант для создания светодиодной лампы своими руками. Способы крепления диодов могут быть разные. Вначале аккуратно разбирается сгоревшая лампа. Затем из нее извлекается плата преобразователя. Далее, имеются варианты.

Можно разместить в отверстиях крышки, которые сделаны под стеклянные колбы. Это в варианте лампы с тремя дугообразными световыми элементами. Схема располагается внутри цоколя , обеспечивающего теплообмен. Светодиоды вставляются в уже готовые отверстия и крепятся в них.

Готовую плату со светодиодами можно поместить в цоколь с помощью простой пластиковой крышки от бутыли с водой. Можно использовать сделанный самостоятельно кружок и просверлить в нем отверстия под диоды. В результате удобно использовать и эстетичный вид.

Некоторые умельцы, делая своими руками, используют корпус галогенной лампы. Неудобство такого варианта в отсутствии обычной для цоколя возможности закрутить лампу в патрон. Такой вариант больше подходит для создания своими руками индикаторов и светильников постоянного тока.