Способ формирования светоизлучающих матриц
Изобретение относится к изготовлению и производству интегральных светоизлучающих приборов. Способ согласно изобретению включает размещение по краям светоизлучающей матрицы (СМ) контактных площадок (КП), предпочтительно объединенных в группы для питания гирлянд (ГД), и самих ГД с заданным числом последовательно соединенных светоизлучающих элементов (СЭ) в интегральном поле СМ. Пути формирования ГД сжимают в форме лабиринта, избегая тупиковых соединений СЭ, при этом разность количества СЭ в ГД и в периметре сторон СМ или в периметрах соприкасающихся ГД от одной КП до соответствующей другой КП ГД выбирают четной. В результате обеспечивают максимальную плотность размещения ГД СЭ, исключение пересечения последовательных соединений СЭ в ГД, возможную многофункциональность СМ при раздельном подключении питания к КП ГД СЭ, повышение процента выхода годных изделий. Изобретение обеспечивает возможность нахождения приемов размещения гирлянд светоизлучающих элементов в их интегральной матрице для повышения плотности размещения при наличии контактных площадок для соединения выводов светоизлучающей матрицы, сохранения излучения светоизлучающего устройства при отказе одной или нескольких гирлянд светоизлучающей матрицы в процессах изготовления и повышение процента выхода годных изделий. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 ил.
Изобретение относится к изготовлению светоизлучающих приборов, в частности к производству интегральных светоизлучателей.
Источники света на основе электролюминесцентных диодов (светодиодов) широко используются в технике, там, где требуются малогабаритные высокоэффективные источники света с большой мощностью излучения. Источники излучения с такими параметрами могут быть выполнены в виде многоэлементного излучательного прибора, в котором отдельные светоизлучающие элементы (светодиоды) соединены между собой последовательно (в гирлянды) или параллельно. Последовательное соединение излучающих элементов позволяет эффективно использовать мощность источника питания. Параллельное соединение излучающих элементов или звеньев из последовательно соединенных элементов (гирлянд) обеспечивают возможность создания источников света с заданной выходной световой мощностью.
Положительным эффектом интеграции групп кристаллов в одну структуру с параллельным их включением внутри самой структуры (одного кристалла) является увеличение крутизны вольтамперной характеристики таких структур, уменьшение прямого напряжения и общего потребления электрической мощности, за счет чего и растет отношение «люмен/ватт», т.е. улучшается энергетика светового потока (Компоненты и технологии, №7, 2005, «Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители»).
В настоящее время известно последовательно-параллельное матричное соединение светодиодов (Электронные компоненты, №8, 2009, стр.42-43, «Светодиодные источники питания Mean Well»), предназначенное для дискретного или гибридного соединения светодиодов. В приведенной схеме параллельного соединения гирлянд, цепочек с одинаковым определенным числом количества последовательно соединенных светодиодов, указываются недостатки этого способа соединения из-за разности суммарных величин падения напряжения светодиодов при заданном через них токе. В результате чего одни гирлянды светятся ярко, другие - тускло. Избавиться от этого недостатка или уменьшить его можно только, если все гирлянды светодиодов будут изготавливаться в едином технологическом цикле, т.е. в интегральном исполнении.
Размещение светоизлучающих ячеек в интегральном исполнении формируют еще на этапе проектирования при изготовлении различных трафаретов, необходимых в технологическом цикле. В этом процессе выращивают кристаллические слои на изолирующей подложке, затем производят различные напыления и избирательные травления для получения заданных свойств светоизлучающих элементов и их соединений между собой во всех многочисленных матрицах светоизлучающих элементов на исходной подложке с последующим разрезанием ее на готовые матрицы. Однако хотя единый технологический цикл изготовления и уменьшает количество отказов элементов и соединений в готовой светоизлучающей матрице, но из-за различных дефектов в применяемых материалах и технологических погрешностей при совмещении масок при напылениях и травлениях они все же возникают. В результате это приводит к отказам функционирования отдельных «гирлянд».
Известен патент RU 2426200 C1, H01L 33/00 от 15.03.2010 «Способ формирования и проверки светодиодных матриц», в котором гирлянды светодиодных ячеек размещают на подложке в концентрических полях. Данный способ размещения гирлянд при отказе одной или нескольких сохраняет излучение светоизлучающего устройства, но не позволяет эффективно использовать площадь подложки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является RU 2295174 С2, 10.10.2005, «Светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающие элементы» (прототип). В этом устройстве множество светоизлучающих элементов сформировано монолитно на одной квадратной подложке. Светоизлучающие элементы соединены последовательно в гирлянды к контактным площадкам их питания и размещены на подложке зигзагообразно. Данный способ позволяет разместить только не более двух гирлянд и при отказе хотя бы одной гирлянды в процессе изготовления не позволяет далее правильно функционировать светоизлучающему устройству. Кроме того, перекрестное соединение гирлянд также снижает надежность изделия.
Задачей данного изобретения является нахождение приемов размещения гирлянд светоизлучающих элементов в их интегральной матрице для повышения плотности размещения при наличии контактных площадок для соединения выводов светоизлучающей матрицы, сохранение излучения светоизлучающего устройства при отказе одной или нескольких гирлянд светоизлучающей матрицы в процессах изготовления, проверки, классификации, эксплуатации и, соответственно, повышения процента выхода годных изделий.
Технический результат - обеспечение при наличии контактных площадок для соединения выводов светоизлучающей матрицы максимально возможной плотности размещения параллельно соединенных гирлянд светоизлучающих элементов в общем квадратном поле подложки при заданных величинах падения напряжения на гирляндах, исключения пересечения последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах, сохранение функционирования светоизлучающей матрицы в процессах изготовления, проверки, классификации, эксплуатации, а также многофункциональность светоизлучающей матрицы при раздельном подключении гирлянд светоизлучающих элементов, достигается тем, что на краях подложки для каждой гирлянды питающие контактные площадки для электродов питания, близкие по размерам ячеек светоизлучающих элементов, произвольно размещают разнесенными по краям подложки, предпочтительно объединенными в группы с числом, соответствующим количеству гирлянд, количество светоизлучающих элементов в гирлянде для требуемого падения напряжения на ней, заданного функционирования и использования площади подложки определяют в относительной зависимости, исходя из количества светоизлучающих элементов, размещаемых в стороне подложки, и количества задаваемых гирлянд, при количестве в гирляндах светоизлучающих элементов более двух пути формирования последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах сжимают в форме лабиринта, избегая тупиковых путей последовательного соединения светоизлучающих элементов, при этом разность количества ячеек в гирлянде в крайних гирляндах и количества ячеек, умещающихся в периметре сторон подложки или в периметрах соприкасающихся гирлянд от одной контактной ячейки до соответствующей другой, выбирают четной. Готовую сформированную светоизлучающую матрицу в интегральном исполнении после проведения всех технологических процессов подключают к слабому току, достаточному для визуального или с помощью промежуточных приборов определения количества и конфигураций отказавших «гирлянд» светоизлучающих элементов. Определяют яркость годных «гирлянд» для коррекции допустимой величины общего тока излучателя, затем класс будущего светового излучателя и процент выхода годных светоизлучающих матриц.
В таблице 1 приведены в зависимости от количества гирлянд - K и количества светоизлучающих элементов - а, размещаемых на краю стороны подложки, данные квадрата этих элементов - а2, разности этих квадратов и удвоенного количества гирлянд - a2-2•K, количества светоизлучающих элементов - g - в гирлянде, остаток - q - пустых ячеек и границы - δ - пассивной части светоизлучающих элементов в проектируемой светоизлучающей матрице.
В таблице 2 приведены в зависимости от количества - g - светоизлучающих элементов в гирлянде, соответственно падения напряжения на гирлянде - Ug, количества гирлянд - K, остатков - q - и границ пассивной части светоизлучающих элементов - δ.
На фиг.1 схематично показан пример одного из возможных вариантов построения светоизлучающей матрицы с размещением 8 гирлянд последовательно соединенных светоизлучающих элементов при заданной величине стороны квадратной подложки, равной 14 длинам сторон квадратных ячеек светоизлучающих элементов, размещенных по краю подложки.
На фиг.2 схематично показана светоизлучающая матрица с размещением 2 гирлянд последовательно соединенных светоизлучающих элементов при заданной величине стороны квадратной подложки, равной 7 длинам сторон квадратных ячеек светоизлучающих элементов, размещенных по краю подложки, в которой группой размещены незадействованные 3 пустые ячейки остатка от размещения гирлянд.
На фиг.3 схематично показана та же светоизлучающая матрица с раздробленным размещением этих пустых ячеек.
На фиг.4 схематично показан пример неудачного построения светоизлучающей матрицы с размещением 3 гирлянд последовательно соединенных светоизлучающих элементов при заданной величине стороны квадратной подложки, равной 9 длинам сторон квадратных ячеек светоизлучающих элементов.
На фиг.5 схематично показан пример правильного построения этой светоизлучающей матрицы.
На фиг.6 схематично показан первый неудачный пример для разбора последовательностей построения светоизлучающей матрицы с размещением 5 гирлянд последовательно соединенных светоизлучающих элементов при заданной величине стороны квадратной подложки, равной 15 длинам сторон квадратных ячеек светоизлучающих элементов.
На фиг.7 схематично показан второй неудачный пример для разбора последовательностей построения светоизлучающей этой матрицы.
На фиг.8 схематично показан третий неудачный пример для разбора последовательностей построения светоизлучающей этой матрицы.
На фиг.9 схематично показан удачный пример для разбора последовательностей построения светоизлучающей этой матрицы.
Способ реализуют следующим образом. Пусть подложка 1 светоизлучающей матрицы 2 и ячейки светоизлучающих элементов 3 имеют квадратную форму (фиг.1). Вся подложка заполняется виртуальной сеткой 4 с размерами ячеек, равными стороне квадрата ячейки светоизлучающего элемента 3. По поставленным условиям размещения последовательно соединенных светоизлучающих элементов 3 в гирлянды 5, их количеству, количеству ячеек светоизлучающих элементов 3, размещаемых на краю стороны квадрата подложки 1, требуемому падению напряжения на параллельно соединенных гирляндах 5 светоизлучающей матрицы 2 и коэффициенту полезного заполнения светоизлучающих элементов 3 на краю одной из сторон подложки 1 произвольно размещают исходные контактные площадки 6 в количестве, соответствующем количеству размещаемых гирлянд 5 светоизлучающих элементов 3. Далее выбирают любую одну из сторон подложки, определяемую конструктивными соображениями, и размещают на ее краю конечную контактную группу 7 соединения гирлянд 5 светоизлучающих элементов 3.
Для начала зададим количество светоизлучающих элементов 3, размещаемых в стороне подложки 1, и обозначим их символом - «а», количество гирлянд 5 последовательно соединенных светоизлучающих элементов 3 символом - «K».
Поскольку подложка 1 - квадратная, то виртуальное количество возможных светоизлучающих элементов 3 будет равно квадрату количества светоизлучающих элементов 3, размещаемых на краю стороны подложки 1, т.е. - а2. Но из этого значения неактивными оказываются две группы контактных площадок 6 и 7. Активна только их разность от общего количества светоизлучающих элементов 3 (а2-2•K). Теперь определим количество светоизлучающих элементов «g», размещаемых в гирлянде 5, как отношение упомянутой разницы к количеству гирлянд «К».
В этом случае возможен остаток «q» и его целочисленное значение определим как
Из выражений (1) и (2) в процентном отношении определим «δ», пассивную часть светоизлучающих элементов 3, занимаемую контактными площадками 6 и 7 и пустыми ячейками 8 (фиг.1), остатка «q»,
.
Ограничившись максимальными величинами а=18 и K=10, сведем данные этих вычислений в таблицу 1, а по ее результатам, ограничившись максимальным количеством «g» светоизлучающих элементов 3 в гирлянде 5, g=31, и при падении напряжения на одном светоизлучающем элементе, равном 3,2 вольта, определим падение напряжения «Ug» на гирлянде 5 в зависимости от количества «g» в ней светоизлучающих элементов 3, а также при количестве гирлянд «K» - картину распределения остатков «q» и пассивную часть «δ», данные сведем в таблицу 2. Символом «звездочка» - * - обозначим отсутствие остатка «q», т.е. в этом случае пассивными оказываются только контактные группы 6 и 7.
В таблицах 1 и 2 жирными линиями выделим зоны «δ» в процентном отношении больше 30, до 30, до 20, до 10 и меньше 5 процентов, из которых разработчик может выбрать нужные параметры светоизлучающей матрицы.
Из этих таблиц следует, что наилучшее использование ресурса ячеек светоизлучающих элементов 3 в светоизлучающей матрице 2 происходит при увеличении количества «а» элементов в стороне подложки 1 и уменьшении количества гирлянд 5. Разумеется, разработчику требуется найти компромисс между максимальным использованием ресурса ячеек светоизлучающих элементов 3 в светоизлучающей матрице 2, надежностью, т.е. выбором требуемого количества гирлянд 5, и требуемым падением напряжения на гирляндах 5 светоизлучающей матрицы 2.
Пусть требуется создать 70-вольтовую светоизлучающую матрицу 2 и в распоряжении имеется подложка 1 с размером стороны «а», равным размерам 14 сторон светоизлучающих элементов 3. Из таблицы 2 узнаем, что при заданном напряжении требуется количество светоизлучающих элементов 3 в гирлянде 5, g=22. Из таблицы 1 по количеству элементов «g» и «а» узнаем, что этому соответствует количество гирлянд, K=8 и остаток q=4. Такая матрица 2 находится в зоне «δ» не более 20% пассивного заполнения. Проверим конкретно из выражения (3)
δ=(2•K+q)• 100%/a2=(16+4)•100/196=10,2%,
т.е. практически приближается к норме 10% допуска. Если результатом удовлетворены, то начинаем построение светоизлучающей матрицы 2.
Расположим входящую группу контактов 6 на краю левой стороны подложки 1, примыкающих к краю верхней стороны, исходящую группу контактов 7 на краю правой стороны подложки 1, примыкающей к нижней стороне. Контакты в группах 6 и 7 могут быть как соединены, так и изолированы друг от друга, в данном случае это не имеет принципиального значения. Размещаемые на фигуре 1 гирлянды 5 для наглядности выделим чередующимся затемнением.
По верхнему и правому краям подложки 1 от первого контакта группы 6 до первого контакта группы 7 подсчитаем укладывающееся количество ячеек 3, их оказывается - 18. Разность общего количества ячеек 3 в гирлянде 5 и подсчитанных, (22-18)=4, - четная. Значит, расположение контактных групп 6 и 7 выбрано правильно и смещение на одну позицию той или иной группы не требуется. Обозначим зигзагом 9 вырожденную стрелку направления последовательного соединения светоизлучающих элементов 3 в гирлянде 5 от одной контактной ячейки 6 до другой 7. Оставшиеся 4 ячейки 3 первой гирлянды 5 можно разместить произвольно, но следует учитывать, что крайним ячейкам 3 нельзя приближаться к контактной исходной группе 6 менее чем на количество ячеек, достаточное для того, чтобы были свободны пути для трассировки следующих гирлянд 5. Для наглядности размещаемые гирлянды 5 выделяем чередующимся затемнением. На фигуре 1 показана трассировка сформированной первой гирлянды 5.
Жирными линиями показаны изолирующие дорожки 10. В данном случае показанный лабиринт соединений ячеек 3 (фиг.1) однозначен - любая другая трассировка - тупиковая и до седьмой гирлянды трассировку производим аналогично, хотя существует некоторое поле свободы размещения, учитывая и пустые ячейки 8, например, расчленив их группу. Оставшуюся группу 8 пустых ячеек также можно разместить несколькими вариантами, но следует учитывать, чтобы в оставшихся седьмой и восьмой гирляндах не возникало тупиковых ситуаций. В данном случае на фигуре 1 из эстетических соображений выбрано размещение группы 8 ближе к краю, хотя можно было бы разместить ее и на краю подложки 1.
Анализируя данные таблицы 2, замечаем, что в строках для количеств гирлянд «g», равных 21, 24, 27, 29, отсутствуют приемлемые значения количества гирлянд «K», а из таблицы 1 отмечаем, что допустим для K=2 и g=21 при а=7 наиболее близким и оптимальным является число g=22 с остатком q=1 и, соответственно, если будем уменьшать количество элементов в гирляндах, то будет и возрастать остаток «q» с дискретностью K=2, т.е. для g=21, q=3, для g=20, q=5, и т.д, при необходимости уменьшать количество элементов в гирлянде от оптимального значения. Аналогично и для g=24, из таблицы 2 наиболее близким является значение g=25 при K=3. В таблице 1 это соответствует размеру подложки 1 при а=9, уменьшение количества элементов в гирлянде теперь будет приводить к возрастанию остатка «q» с дискретностью K=3. Для других отмеченных значений количества элементов «g» в гирлянде поступают аналогично.
Из этого следует, что всегда можно найти компромисс между предъявляемыми требованиями по количеству элементов «g» в гирлянде, количеству «K» гирлянд и величине «δ» пассивного заполнения матрицы 2.
Итак, рассмотрим матрицу 2 с параметрами - а=7, K=2, g=21, q=3. Из таблицы 2 напряжение на гирляндах равно 67,2 вольта. Из выражения 3 определим пассивную часть
δ=(2•K+q)•100%/a2=(4+3)•100/49=14,3%.
По виртуальной сетке 4 на подложке 1 (фиг.2) разместим по краю ее левой стороны вверху контактную группу 6 и внизу контактную группу 7. По краю периметра матрицы по виртуальной сетке 4 от ячейки 11 по ячейку 12, примыкающих соответственно к контактам 6-1 и 7-1, подсчитаем количество ячеек 3. В этом случае их число оказывается равным 17. В данном случае по расчету g=21 и тогда разность этих значений равна 4, т.е. четная. Расположение групп контактных ячеек 6 и 7 выбрано правильно. Разместим из этой разности симметрично группы 13 и 14 по две ячейки 3 примыкающими с правой стороны к ячейкам периметра вверху и внизу. В результате у нас оформилась граница гирлянды 5-1. Выделим ее жирной линией, обозначающей изолирующие дорожки 10. Теперь проложим путь последовательных соединений элементов 3, обозначая его вырожденной стрелкой 9, вводя требуемые дополнительные изолирующие дорожки 10 для формирования лабиринтного пути, избегая тупиковых соединений. На фиг.2 уложенная гирлянда 5-1, последовательно соединенных светоизлучающих элементов 3, для наглядности выделена затемнением.
Для формирования второй гирлянды 5-2 с контактами 6-2, 7-2, начиная с ячейки 15 по периметру сформированной гирлянды 5-1 по ячейку 16, подсчитаем количество ячеек 3. Их оказывается 13. Разность (21-13)=8 - четная. Разместим группу 8 остатка из 3 пустых ячеек у края левой стороны между контактными группами 6 и 7. Если принять путь трассировки соединений гирлянды 5-2 по периметру гирлянды 5-1 от ячейки 15 до ячеек 16 и 17, то оставшийся остаток равен 6 и смело можем разделить эти ячейки изолирующей дорожкой, сформировав зигзаг от ячейки 17 до ячейки 16. Выделим границы гирлянды жирными линиями изолирующих дорожек, гирлянду 5-2, и обозначим стрелками 9 путь ее трассировки. Матрица 2 - сформирована.
Однако если разработчику матрицы 2 не понравится из различных соображений расположение группы пустых ячеек 8, то их можно разбить на части, как показано в одном из возможных вариантов на фигуре 3.
Рассмотрим следующий, пусть неудачный, пример. Зададим условие, чтобы при количестве гирлянд, K=3, элементы 3 матрицы 2 в гирлянде 5-1 легли только по краю периметра подложки 1. Это может произойти при условии, когда количество элементов «g» в гирлянде равно количеству умещающихся элементов 3 по краю трех сторон подложки 1, Заданное условие выполним, приравняв выражение 1 количеству умещающихся элементов 3 по краю трех сторон подложки 1.
a2-2•K=3•a•K-2•K
а2=3•а•K
а=3•K=3•3=9
Из таблицы 1 находим, что количество светоизлучающих элементов 3 в гирлянде g=25, без остатка, q=0. А из таблицы 2 - напряжение Ug на гирлянде 5 равно 80 вольтам. Из выражения 3 определим конкретное значение пассивной части
δ=(2•K+q)•100%/a2=(6+0)•100/81=7,4%.
Пусть, фиг.4, на виртуальной сетке 4 подложки 1 расположим симметрично гирлянду 5-1 по краям верхней, правой и нижней сторон. Тогда между контактными группами 6 и 7 останется одна ячейка 18. Выделим для гирлянды 5-1 изолирующие дорожки 10 жирными линиями. Для наглядности трассировку гирлянды 5-1 стрелками 9 затемним. Для второй гирлянды 5-2 подсчитаем количество ячеек 3, укладывающихся по периметру гирлянды 5-1 с ячейки 15 по ячейку 16. Их количество равно 21. Разница равна (25-21)=4. Поделим ее надвое и группы присоединим соответственно к ячейкам 15 и 16. Очертим границы гирлянды 5-2 и произведем трассировку последовательных соединений элементов 3, обозначив ее стрелками 9. Теперь заодно и сформировались границы гирлянды 5-3. Подсчитаем количество уложенных ячеек 3 в этой гирлянде. Количество их точно соответствует заданному, g=25. Начнем встречную трассировку гирлянды 5-3 по периметру гирлянды 5-2. Соответственно, на путях трассировки у ячеек 20 и 21 для ячейки 22 возникает тупиковая ситуация трассировки - то ли направиться в сторону ячейки 23, то ли - в сторону ячейки 24. Неудача. Все любые другие комбинации трассировки приводят к тому же результату. Поэтому этот вариант формирования матрицы 2 отбрасываем.
Однако если нарушить симметрию и сместить на одну ячейку контактные группы 6 и 7, не изменяя промежутка между ними, к верхнему краю подложки 1 (фиг.5), то получим возможность реализовать заданные параметры матрицы 2.
Аналогично, произведем трассировку (фиг.5) гирлянд 5-1 и 5-2 и в образованной границе гирлянды 5-3 по периметру границы гирлянды 5-2 подсчитаем количество элементов 3. Их количество равно 19, а количество недостающих ячеек 3 равно (25-19)=6. Разделяя образованный аппендикс и ячейки 25 и 26 изолирующей дорожкой 27, получаем беспрепятственную возможность трассировки гирлянды 5-3. Для наглядности ее затемним. Формирование размещения гирлянд 5 светоизлучающей матрицы 2 завершено.
Усложним задачу формирования матрицы 2 и выберем ее основные данные, а=15 и K=5. Из таблицы 1 находим количество элементов 3 последовательного соединения в гирлянде, g=43 и остаток q=0. Из таблицы 1 - пассивная часть δ<5%. Конкретно,
δ=(2•K+q)•100%/a2=(10+0)•100/225=4,4%.
Напряжение «Ug» на гирляндах при падении напряжения «Uэ» на одном светоизлучающем элементе, равном 3,2 вольта, соответственно, равно
Ug=Uэ•g=3,2•43=137,6 В.
Разработчику матрицы 2 для понятия способа трассировки, без навязывания уже готовой трассировки гирлянд, лучше всего повторять на чистой виртуальной сетке 4 подложки 1.
Расположим (фиг.6) контактную группу 6 из 5 ячеек посередине левого края в виртуальной сетке 4 подложки 1 и вторую аналогичную контактную группу 7 посередине нижнего края подложки 1. Подсчитаем количество ячеек по периметру подложки 1 для будущей гирлянды 51 от ячейки 11 по ячейку 12. Их - 37. Разница между расчетным значением количества ячеек «g» в гирлянде и количеством ячеек по периметру (43-37)=6 - четная. В данном случае, во избежание лишних построений до конечного результата, проверим количество ячеек в последней проблемной гирлянде 5-5 по периметру левого, верхнего, правого и нижнего краев подложки 1 от ячейки 28 по ячейку 29. Их - 9. Разность (43-9)=34 - четная. Ограничим возможное поле гирлянды 5-5 из 43 элементов 3 изолирующей линией 10. В результате получаем квадрат 30, 6×6, за исключением двух контактных ячеек, содержащий (36-2)=34 активные ячейки. Разность равна (43-34)=9. Отделим границами ячейки предыдущих гирлянд от их контактных ячеек и присоединим оставшиеся ячейки разности в виде квадрата 31, 3×3, к предыдущему квадрату 30. Из появившегося очертания границы 10 очертания поля гирлянды 5-5 видно, что есть только два пути входа с ячейки 32 и выхода к ячейке 33 из квадрата 31. Однако к ячейке 33 невозможно произвести трассировку последовательных соединений элементов 3, т.к. она застревает в тупиковой ячейке 34. Все, построение матрицы 2 в данном варианте расположения контактных групп 6 и 7 - невозможно.
Делаем другую попытку. Для этого (фиг.7) сместим на одну ячейку влево относительно исходного варианта (фиг.6) контактную группу 7. Отделив границами 10 предыдущие гирлянды 5-1÷5-4, получаем прямоугольник 30, 6×5, состоящий, за исключением контактных ячеек 6-1 и 7-1, из 28 ячеек. Разность равна (43-28)=15. Сформируем многоугольник 31 из двух прямоугольников, 3×3 и 3×2. Получаем также только две ячейки возможных входа 32 и выхода 33 для трассировки последовательных соединений элементов 3 в многоугольнике 31. В приведенной трассировке она застревает в тупиковой ячейке 34. Дальнейшее построение матрицы 2 невозможно.
Произведем следующую попытку. Для этого, наоборот, сместим от исходного значения (фиг.6) контактную группу 7 на одну ячейку вправо (фиг.8). Отделив границы предыдущих гирлянд 5-1÷5-4 от гирлянды 5-5, получаем прямоугольник 30, 6×7, количество активных ячеек в котором, за исключением ячеек 6-1 и 7-1, равно 40. Присоединим оставшийся прямоугольник 31. Произведем трассировку последовательных соединений от ячейки 28, без проблем проходим от ячейки 32 через прямоугольник 31 к ячейке 33, но опять застреваем в тупиковой ячейке 43. Построение и этого варианта матрицы 2 невозможно.
И, наконец (фиг.9), если сместим обе контактные группы 6 и 7 относительно исходного варианта (фиг.6) на одну ячейку в сторону уменьшения ячеек по периметру края подложки 1 от ячейки 11 по ячейку 12 для гирлянды 5-1, получаем четные разности как гирлянды 5-1, так и по периметру края подложки 1 от ячейки 28 по ячейку 29 для гирлянды 5-5, соответственно (43-35)=8 и (43-11)=32. Отделив границами 10 гирлянды 5-1÷5-4, получаем квадрат 30, 7×7, с количеством, за исключением двух 6-1 и 7-1, активных ячеек, равным (49-2)=47, превышающим заданное количество, g=43. Соответственно, разность равна (47-43)=4. Вырежем ее из квадрата 30 и получим границу 10 гирлянды 5-5. Один из возможных вариантов трассировки последовательных соединений гирлянды 5-5 стрелками 9 от элемента 37 по элемент 38 показан на фигуре 9. Для наглядности ее затемним. Теперь сформируем гирлянду 5-1, присоединив остаток из 8 элементов к ячейкам периметра края подложки 1 и проложив трассировку последовательного соединения элементов 3 от элемента 11 по элемент 12, как показано на фигуре 9. Аналогично, как и в предыдущих примерах на фигурах 1, 3 и 5, подсчитаем на фигуре 9 по периметрам предыдущих гирлянд, соответственно, от 15, 18, 35 по 16, 19, 36 ячейку количество ячеек, определим их разность между расчетным значением и произвольно, но, не допуская тупиковых соединений, присоединим их остатки к периметрам формируемых гирлянд. По сформированным границам гирлянд произведем соответствующую трассировку последовательных соединений элементов 3 в гирляндах 5-1÷5-4. При этом желательно соблюдать рекомендацию - не формировать слишком длинных зигзагов в лабиринте трассировки последовательных соединений элементов 3 в гирляндах 5. Это позволит уменьшить требования к величине допустимой разности потенциалов изолирующей дорожки 10 между элементами 3 гирлянд и элементами 3 соседних гирлянд 5. На фигуре 9 для наглядности затемним нечетные гирлянды.
Из предыдущих примеров построения светоизлучающих матриц делаем выводы.
Разности требуемого количества ячеек в гирляндах и количества ячеек в периметрах гирлянд относительно границ краев подложки и соприкасающихся друг с другом границ гирлянд должны быть четными.
Если при выборе местоположения контактных ячеек разность от исходного количества ячеек и ячеек периметра оказывается нечетной, то следует сместить любую контактную группу на одну ячейку по краю стороны подложки в любую сторону.
Если разность - четная, то при конструктивной необходимости сместить контактную группу в любую сторону по периметру края стороны подложки ее смещают на четное количество ячеек.
Однако, в любом случае, если разность оказывается четной, то требуется проверить наличие возможности путей трассировки остальных гирлянд, т.е. формируемая гирлянда не должна преграждать пути формирования остальных гирлянд.
Итак, из всех возможных комбинаций соединений элементов гирлянд нами рассмотрено всего несколько примеров. Рассмотренный порядок действий позволяет избежать ненужных усилий в трассировке тупиковых ситуаций последовательного соединения элементов 3 в гирляндах 5. Естественно, это приводит к некоторым ограничениям в проектировании светоизлучающих матриц 2 для достижения требуемых параметров, однако сохраняется достаточная доля свободы в их выборе. Наличие контактных площадок 6 и 7, хотя и уменьшает долю активных светоизлучающих элементов 3, позволяет производить надежное соединение гирлянд с источниками их питания. Контактные площадки 6 и 7 могут быть как воедино соединенными, так и раздельными, 6-1÷6-5 и 7-1÷7-5 (фиг.9). При раздельном соединении гирлянд в матрице 2 при соответствующей коммутации можно дискретно изменять величину интенсивности излучения матрицы 2, что порождает многофункциональность ее применения. В целях уменьшения количества пассивных элементов в матрице 2 можно комбинировать соединениями контактных площадок и уменьшать их количество вплоть до нуля при соответствующих конструктивных возможностях. Тогда выражение 1 принимает вид
,
где k - общее количество контактных площадок, а K - по прежнему количество гирлянд в матрице 2. Соответственно изменяются выражения 2 и 3.
и
.
На выходе изготовления в технологическом процессе светоизлучающей матрицы 2 в ходе тестовой проверки раздельное соединение гирлянд в матрице 2 позволяет сразу обнаружить дефектные гирлянды и без дополнительных процедур классифицировать тестируемые матрицы, что немаловажно в технологическом процессе для выхода годных изделий. При достаточном количестве запланированных гирлянд в матрице 2 высока вероятность выхода годной хотя бы одной гирлянды.
Литература
1. Компоненты и технологии, №7, 2005, «Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители».
2. Компоненты и технологии, №7, 2007, «Новый светодиодный источник света».
3. Электронные компоненты, №8, 2009, «Светодиодные источники питания Mean Well».
4. RU 2426200 C1, H01L 33/00 от 15.03.2010, «Способ формирования и проверки светодиодных матриц».
5. RU 2005103616 А, 10.10.2005, «Светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающие элементы» (прототип).
1. Способ формирования светоизлучающих матриц, включающий технологический цикл от размещения в интегральном исполнении известными методами на квадратной или прямоугольной подложке, формирования светоизлучающих элементов с дискретностью квадратных или прямоугольных площадей ячеек светоизлучающих элементов, контактных площадок для подключения питания, пространственно разнесенных на подложке и одинаковых размеров с ячейками светоизлучающих элементов, гирлянд с одинаковым числом последовательно соединенных светоизлучающих элементов, разделенных изолирующими дорожками для последующего их параллельного соединения до выхода конечного продукта - светоизлучателя, его проверки на работоспособность и при снижении требований к равномерности излучения по краям светового пучка излучателя при отказе одной или нескольких гирлянд, отличающийся тем, что на краях подложки для каждой гирлянды питающие контактные площадки для электродов питания, близкие по размерам ячеек светоизлучающих элементов, произвольно размещают разнесенными по краям подложки, предпочтительно объединенными в группы с числом предпочтительно соответствующим количеству гирлянд, количество светоизлучающих элементов в гирлянде для требуемого падения напряжения на ней, заданного функционирования и использования площади подложки определяют в относительной зависимости, исходя из количества светоизлучающих элементов, размещаемых на краю стороны подложки, и количества задаваемых гирлянд, при количестве в гирляндах светоизлучающих элементов более двух пути формирования последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах сжимают в форме лабиринта, избегая тупиковых путей последовательного соединения светоизлучающих элементов, при этом разность количества ячеек в гирляндах и количества ячеек, умещающихся в периметре сторон подложки или в периметрах соприкасающихся гирлянд от одной контактной ячейки до соответствующей другой, выбирают четной, обеспечивая максимально возможную плотность размещения гирлянд светоизлучающих элементов в общем квадратном поле подложки при заданных величинах падения напряжения на гирляндах и соответственно количеств светоизлучающих элементов как в гирляндах, так и в размещаемых на краю стороны подложки, так и размещаемых в подложке количеств гирлянд, при этом обеспечивают исключение пересечения последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах и надежность функционирования светоизлучающей матрицы в процессах изготовления, проверки, классификации, эксплуатации, а также возможную многофункциональность светоизлучающей матрицы при раздельном подключении питания гирлянд светоизлучающих элементов к соответствующим контактным площадкам.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество светоизлучающих элементов в гирлянде определяют как отношение разности квадрата количества ячеек светоизлучающих элементов, умещающейся на краю сторон квадратной подложки, и общего количества контактных площадок к количеству гирлянд.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что возможные лишние ячейки формируют пустыми и произвольно размещают их в поле ячеек светоизлучающих элементов подложки для исключения тупиковых последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, если при укладывании гирлянды в лабиринт соединений неизбежно возникают тупиковые соединения, то в этом случае смещают любую группу контактных площадок на одну ячейку светоизлучающих элементов по краю стороны используемой подложки.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при конструктивной необходимости смещения на краю подложки контактной группы во избежание тупиковых последовательных соединений светоизлучающих элементов в гирляндах контактную группу смещают по краю подложки на четное количество ячеек светоизлучающих элементов.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что противоположные контактные площадки на прилегающей стороне подложки к стороне с исходной группой контактных площадок, а также ячейки формируемых гирлянд размещают на расстоянии не менее чем на величину количества ячеек, достаточную для путей трассирования последовательных соединений остальных гирлянд.
