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New Low Temperature Hot Melt Adhesives by H.B. Fuller
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《New Low Temperature Hot Melt Adhesives by H.B. Fuller》:H.B. Fuller (NYSE: FUL) has introduced a range of low application temperature hot melt adhesives, offering the versatility to address practically all case and carton sealing applications.   Elizabeth Staab,... 全文 ?

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LED晶片特性表

1、LED晶片的作用:

LED晶片为LED的主要原材料,LED主要依靠晶片来发光。

2、LED晶片的组成:

主要由砷(As)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Si)等几种元素中的若干种组成。

3、LED晶片的分类:

1)按发光亮度分: 全文 »

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第八章 LED封装的防静电知识

一旦企业掌握了LED的抗静电水平就几乎等于掌握了LED的可靠性。LED的抗静电指标的好坏,不仅意味着能适用于各类电子产品和环境,还可以作为LED各项可靠性的综合体现,要提高LED的抗静电,对LED芯片制造商和封装商而言,抗静电指标是一项最重要的质量指标。

 

一、静电基础知识

1、静电基本概念 全文 »

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第七章 LED的性能指标和测试

一、LED的电学指标

1、LED的正向电流IF

1)正向电流与电压间的关系:当正向电压小于3V时,LED正向电流很小,此时LED不发光,但正向电压等于和大于3V时,正向电流迅速增加,LED发光。额定工作电流的大小与LED的额定功率大小有关;

2)正向电流与温度间的关系:温度小于30度时,正向电流几乎不随温度变化,一旦温度超过30度,则正向电流随温度的升高而降低,发光强度和发光效率都将随温度的升高而降低,于是对于大功率LED的散热问题尤为重要;

3)正向电流与发光强度的关系:发光强度随正向电流的增大而增加,另外发光强度与结晶材料及用以控制n、p层的杂质有关。

2、LED正向电压VF

正向工作电压:规格书等参数表所标示的工作电压是在给定的正向电流下得到的,一般在IF=20mA时测得。

3、LED电压与相关电性参数的关系

1)VF-IF曲线(伏安特性曲线):在正向电压小于某一值时,电流极小,LED不发光。当电压超过某一值后,正向电流随着电压迅速增加而发光。

2)正向电压与温度间的关系:在外界温度升高时,内阻变小,VF将会下降;

3)热阻的概念:

a.热阻Rth的定义:在热平衡条件下,导热介质在两个规定点处的温度差,及热源、周围环境之间的温差(T1-T2)与产生这两点温度差的耗散功率(P)之比,单位是oC/W或K/W;

b.LED的热阻;

c.LED的热阻模型

d.LED器件热阻的测量;

4、反向电压和电流的单位和大小

1)反向电压VR单位为V,正常VR设定值:5V(也有的管大于100V)。在反向施加高电压会导致组件受损,因此操作时须留意反向电压的极限值;

2)反向电流IR单位为uA,正常IR读值范围:在VR=5V条件下,反向电流小于5uA,要求严格的高档产品其反向电流值规定小于1uA。

5、电学参数测量

 

二、LED光学特性参数

1、发光角度:指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角,成为半值角,半值角的2倍称为视角(或称为半功率角)。

2、发光角度测量:让光电探测器沿半球空间缓慢扫描,发光强度下降一半时即可确定发光角度;

3、发光强度IV

1)发光强度的定义:表示光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量。

2)有关单位:发光强度单位为cd,光通量单位为lm,照度单位为lux。

a.cd-坎德拉(candela)。1cd是指点一支标准蜡烛,在一尺的距离所照射的亮度值;

b.lm-流明(lummious)。1lm定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量;

c.lux-照度(illuminance)。照度是指单位面积所照射的cd值,即被照物所承受的能量值。

3)人眼视觉函数:相等的辐射通量,由于波长不同,引起人眼的感觉也不同。设任一波长的光和波长为555nm的光,产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为A和B,则其比值A/B称为视觉函数。

4)辉度:指发光物单位面积上所发出的能量值(光功率密度),单位为mW/cm2

4、波长(WL):电磁辐射的电场(或磁场)在空间峰-峰值间的长度。峰值波长λP:光谱特性曲线峰值对应的波长(此波长附件单位波长的辐射能最大),峰值波长由材料禁带宽度决定。

1)仪器直读波长λP:发光体或物体(经由反射或穿透)在分光仪上所测得的能量分布,其峰值位置说对应的波长,称为λP(peak)

2)峰值波长λP的测量;

3)人眼波长读值λD,在人眼可见光区(380-780nm),决定发光体或物体的光线主要在什么波长,该波长称为人眼波长读值λD(Dominat)。

 

三、色度学和LED相关色参数

1、CIE标准色度学系统简介:以色光三原色RGB为准,以光源、物体反射和配色函数计算出X,Y,Z刺激值,任何色彩都可以由RGB混色而成,再经由仪器测出光谱辐射能量和反射率值,即可计算出X,Y,Z三刺激值。

1)颜色匹配实验:把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配;

2)CIE-RGB光谱三刺激值:国际照明委员会CIE规定红绿蓝三原色的波长分别为700.0、546.1和435.8nm。1931年CIE给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线,这样的一个系统被称为CIE-RGB系统;

3)1931CIE-xyz系统;

4)色坐标及主波长λD的计算。

2、显色指数CRI:以D65(白光参数)标准机测试,并以太阳光为准频谱读取频谱波形,CRI具体数据是以所占太阳光波的频谱波形面积之比例得出的。注意LED的频谱波形一定要在太阳光波形之内。

3、色温:当某辐射体与绝对黑体在可见光区域具有相同形状的光谱功率分布时的温度,称为该辐射体的色温。所谓黑体,是指能够完全吸收由任何方向入射的任何波长的辐射的热辐射体。

4、国际标准色度图。

5、什么是CIE 1931:

色彩是一个三维函数,所以应该由三维空间表示。但国际照明委员会CIE1931年规定了三原色光红绿蓝的波长分别为700.0、546.1和435.8nm。自然界中各种色光都能由这三种原色光按一定比例混合而成。1个红基色光单位(R)=1光瓦,1个绿基色光单位(G)=4.5907光瓦,1个蓝基色光单位(R)=1光瓦,其中1光瓦=680lm。所以标准白光可以用每个基色单位为1的物理三基色配出:E白=1(R)+1(G)+1(B),在以上定义的基础上,人们定义了这样的一组公式:r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B), b=B/(R+G+B)。因为r+g+b=1,所以只用给出r和g的值,就能唯一地确定一种颜色,这样就可将光谱中的所有颜色表示在一个二维的平面内,由此便建立了CIE1931-RGB表色系统。

6、CIE 1931 XY表色方法。

 

四、用光色电参数综合测试仪测试LED

1、光色电参数综合测试仪说明;

2、光色电参数综合测试仪的主要原理

1)积分球;

2)角度光强分布测试系统;

3、光色电参数综合测试仪的软件。

 

五、LED主要参数的测量

1、LED光度学测量

1)光谱测量;

2)发光强度测量;

3)LED相对光谱能量分布P(λ);

4)LED的峰值λP和光谱半波宽Δλ;

5)LED光强角度分布测试。

2、LED色度学测量

3、LED电常数测量

1)LED伏安特性(I-V)测试;

2)LED瞬态光衰测试。

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第六章 LED封装的配光基础

一、封装配光的几何光学法

1、由折射定律确定LED芯片的出光率:

1)折射定律用于半导体芯片:根据光的折射定律,光线从光密介质芯片向光疏介质空气行进时,会发生全反射,条件是入射角需大于临界角。光线以小于临界角射向芯片与空气的界面,折射光线以大于入射角的方向进入空气;光线以临界角入射到界面,则折射光线沿界面折射;光线以大于临界角的方向入射到界面,这此时产生全反射,反射角与入射角相等。

2)芯片对出光率的影响:

a.芯片出光率对光效的影响:芯片的电光转换效率(光效)是芯片的光功率(光通量)和电流注入功率之比,单位是lm/W;芯片的光效几乎取决于芯片的出光率;

b.芯片出光率对发热量的影响:前述LED的出光效率不到10%,90%的光线返回芯片,最终消耗转化为热量,使芯片温度升高,光衰加剧,光效变差,寿命减短;

3)LED封装配光时技术参数不一致对出光率的影响:

a.LED封装配光导致的技术参数不一致性;

b.配光时芯片位置对出光率的影响;

c.芯片倾角对出光率的影响;

4)对LED配光时提高出光率的途径:

a.降低出射面两边介质的折射率差,增大出射光锥

◆寻找低折射率的芯片材料;

◆增加中间过渡层;过渡层要求无色、透气,中间层的折射率尽量接近芯片的折射率,另外要求具有可塑性和可加工性;

b.增加出光面透过率的措施:在p型区表面蒸镀一层膜;改变芯片表面微结构;

c.去除涂层,采用倒装技术增加出光率。

2、由几何光学建立LED光学模型

1)光学模型:芯片是LED光学系统的光源,一般包括限制层、有源层、基底、电极等几个部分。光子在有源层中产生,先经芯片各层界面的折射,再经芯片和环氧树脂界面的折射以及反光碗的反射,最后经透镜表面折射进入空气。根据不同光线对出射光强影响的不同,把芯片发出的光线分为三类:

Ⅰ类为从芯片出射直接射向球面的光线,这类光线是整个光学系统中最主要的,他们对LED输出光强贡献最大;

Ⅱ类为从芯片出射后经反光碗作用的光线,这类光线对输出光强的影响取决于光线经反光碗作用后偏离法向角度的大小;

Ⅲ类为从芯片出射后直接射向圆柱面的光线,该类光线对输出光强的影响很小,经界面折射之后在观察屏上将形成圆形的、沿径向渐远渐弱的背景光分布。

2)配光效果检测:在模型参数中,对环氧树脂进行材料属性定义,对芯片的5个出光表面进行面光源属性定义,对反光碗的内表面进行面属性定义,最后用TracePro软件对光线进行追踪,得到依据模型的该LED的相对出射光强分布曲线。

3)用光学追踪软件TracePro进行计算分析

a.反光碗张角α对光强分布的影响;

b.芯片深度对光强分布的影响;

c.环氧树脂折射率对光强分布的影响;

d.环氧树脂封装透镜的半径对光强分布的影响。

 

二、基于蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法的配光设计

1、蒙特卡罗方法概述:. Monte Carlo方法(简称MC方法)是一种数理统计方法,又称统计实验方法(statistical),用MC方法求解物理问题的过程可以归结为以下三个主要步骤:

1)建立与问题相关的一个随机模型,在其上形成某个随机变量,使它的某个数字特征正好是问题的解;

2)对模型进行大量的随机模拟实验,从而获得随机变量的大量的实验值(抽样值),即通过模拟实验得到总体的一个子样,每个抽样值就是子样中的一个元素,这里要解决的是如何从已知概率分布实现抽样的问题;

3)计算处理模拟的结果从而产生待求数字特征的估计量给出问题的解及解的精确估计。

2、LED封装前光学模型的建立:LED封装光学结构的模拟必须建立在正确有效的模型上,说建立的模型要求尽量反映LED封装光学结构的主要特征,抓住影响LED光学分布的主要因素,简化计算模型,抽象出最简洁有效的LED封装光学结构模型。

3、蒙特卡罗方法的计算机求解过程

1)LED封装光学结构的数学MC模型表述;

2)LED封装光学结构模型的计算机求解,光子的一系列作用过程如下所述:

a.光子的产生和随机数序列的生成;

b.光子与封装表面碰撞位置的计算;

c.光子与封装表面作用有效性的判断;

d.光子在封装表面的反射与折射;

e.光子的内俘获;

f.光子的收集统计。

4、模拟结果的数值统计和表现

对于所追踪的每一个光子,只要它能够从封装结构中出射,由它的出射坐标和出射方向向量可以精确地计算出它落在观察屏上的精确位置,即坐标点。

5、LED封装光学结构的MC模拟

1)LED的照度分布的模拟与测试;

2)LED配光光强分布的模拟与测试

a.样管的制备;

b.LED样管的模拟测试及配光曲线对比分析

◆模拟中参数的选取原则;

◆模拟结果的统计和光强分布图的输出;

◆样管光强分布的测量

LED各个结构参数对其光强分布皆有影响,设计人员在配光设计时,用蒙特卡罗方法进行计算机模拟,在封装前找到最佳光强分布至关重要。

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第五章 大功率和白光LED封装技术

一、大功率LED封装技术

1、大功率LED和普通LED技术工艺上的不同

大功率LED是LED节能灯的一种,相对于小功率LED来说,大功率LED的单颗功率更高,亮度更亮,价格更高。小功率LED额定电流都是20mA,额定电流大于20mA的基本上都可以算作大功率。大功率的亮度单位为lm(流明),小功率的亮度单位一般为mcd。

1)  大功率LED目前的分类标准由三种:第一种是按功率大小分,封装成型后按功率不同分类;第二种可以按封装工艺不同分类;第三种是按光衰程度不同分类。

2)  大功率LED封装由于结构和工艺复杂,直接影响到LED的使用性能和寿命,其主要功能包括:机械保护、加强散热、光学控制、供电管理。

2、大功率LED封装的关键技术

大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面,其中光是目的、热是关键、电结构与工艺是手段、而性能是封装水平的具体体现,具体而言大功率LED封装的关键技术包括以下几个方面:

1)  低热阻封装技术:改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热,因此晶片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要;

2)  大功率LED封装电极形式和衬底减薄技术:加大芯片尺寸法、硅衬底倒装法、陶瓷基板倒装法、蓝宝石衬底倒装法(机械研磨抛光减薄法、激光剥离的方法LLO、丰田方法TG)、AlGaInN/碳化硅(SiC)背面出光法

3)  阵列封装与系统集成技术

a.LED封装技术和结构发展过程:Lmap—SMT—COB—SiP

b.板上晶片直装式(COB)封装,需要考虑散热问题(晶片排列面积、晶片间距、晶片耐高温性),光学设计(一次光学设计、二次光学设计)及可靠性;

c.系统封装式(SiP)LED封装,其核心技术为超低热阻基材和嵌入式被动组件设计及制作;

d.陶瓷可变电阻基板新型封装技术。

3、大功率LED封装工艺流程:进料—料检—固晶—焊线—点荧光粉—烘烤—看外观—热测—切单粒—分光分色—包装—QA—入库—出库

4、大功率LED的晶片装架

1)装架基础

目的:用银胶将芯片固定在支架的载片区上,使芯片和支架形成良好的接触;

技术要求:芯片必须四周包胶,银胶高度不得超过芯片高度的1/3,芯片要放置平整,无缺胶、粘胶、装反、芯片无损伤、沾污;

工艺要求:物料需正确存放和使用。

2)装架设备:自动装架机台,需注意吸嘴和点胶头的选择。

5、大功率LED的封装固晶

固晶基础、灌胶设备、固晶机设备

6、提高LED固晶品质六大步骤:

1)严格检测固晶站的LED原物料

2)减少不利的人为因素

3)保证不会出现机台不良;

4)执行正确的调机方法;

5)掌握好制程;

 

 

6)保持环境符合要求。

7、大功率LED的封装焊线:

压焊的目的是将电极引到LED芯片上,完成产品内外引线的连接工作。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种,对铝丝压焊的过程是:先在LED芯片电极上压上第一点,再将铝丝拉到相应的支架上方,压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球,其余过程类似。

8、大功率LED封装的未来

1)在未来大功率阵列式组装方式上,SMD和COB要共存很长一段时间;

2)LED真空包装印刷封装技术;

3)几种典型大功率封装: 产品形式(传统直插式、仿食人鱼式、铝基板封装式、TO封装、贴片式SMD、Emitter式、灯泡式);芯片组合(单芯片、多芯片);透镜封装(环氧树脂封装、光学硅胶直接灌封、光学透镜+柔性光学硅胶灌封、软性光学硅胶模压成型)。

 

二、大功率LED装架、点胶、固晶操作规范工艺卡

此处重点摘录导电胶的使用规范:

1、导电胶的使用规范

1)领取时间:在剩余最后一支针筒时领取新的原装导电胶;

2)分装过程:

a.从仓库领来的导电胶,放在室温下进行回温后,把瓶子上产生的水汽用干净的无尘布擦净;打开瓶盖,用专用搅拌工具沿同一方向搅拌约10min后,先分装进针筒(依生产需要,每次分装允许的数量小于等于7针筒);其余的导电胶分装进罐装容器(A\B\C三罐),等待下一次的分装;分装完成后必须立即送进0-5度冰箱保存,做好记录。

b.搅拌工具用完后及时清洗,清洗时可先用包装支架的白纸擦去大部分的粘结胶,后放在超声波内用丙酮进行超声波清洗5min,晾干后待下一次使用。

3)分装后的状态标识:

a.分装进罐装容器、针筒后,须采用皱纹胶布在罐装容器,针筒上做状态标识。标注型号、有效期(指原装容器上标识的材料有效期),罐装容器序号(A\B\C)/针筒序号;

b.导电胶在小于5度的储存条件下,必须于1个月内用完,回温次数不得多于5次。

4)分装后的使用:

a.分装进针筒的导电胶在冰箱中放置时须指定人员每天旋转针筒180度,且非指定人员不得打开冰箱;由指定人员从冰箱中取出分装进针筒的导电胶,按工艺要求进行醒料,统一发给机台操作人员待用或加入机台胶盘;

b.醒料:生产使用时,针筒应垂直放置进行回温;且须待导电胶回温30min后,方能使用;

c.每次加胶动作完成后,针筒必须立即放回0-5度冰箱保存;非装架使用的,未过期失效的导电胶不用时也应及时放入并行存储。

5)使用注意事项:

a.连续使用时,必须2天清洗一次胶盘;

b.无法连续使用时,每次添加的胶量应能在18h内用完,若用不完或停用18h以上,须清洗胶盘;

c.银胶一天使用完一支针筒(5ml),未使用完的不再用于装架,只供第二天点胶使用;

d.使用完的针筒,不再放回冰箱,由专人统一回收,交厂统一进行处理

 

三、白光LED封装技术

1、白光LED光效飞跃的历程和电光转换效率极限:

1)白光LED光效飞跃的历程:

◆2006年6月日亚化学发布光效100lm/W的白色LED;

◆2006年7月Cree开发出光效率达到131100lm/W的白光LED;

◆2006年12月日亚化学白色LED发光效率增至150lm/W;

◆2006年12月首尔半导体单芯片白光LED光效达100lm/W;

◆2006年12月艾笛森芯片白光LED最高亮度250lm;

◆2007年2月CAO Group Dynasty系列LED光效达100lm/W;

◆2007年8月欧司朗发布光效达85lm/W的红色及橙色系LED;

◆2007年9月西铁城电子开发出540lm照明用白色LED;

◆2007年9月日亚化学发布350mA时光效134lm/W高功率白色LED;

◆2008年5月日本LED照明推进协会修改普通照明用白光LED开发蓝图;

◆2008年7月东芝将上市光通量为90lm的白色LED;

◆2008年10月Cree发布光效达157lm/W的白色LED;

◆2009年12月Cree发布光效达186lm/W的白色LED;

◆2010年1月Cree发布光效达208lm/W的白色LED;

◆目前中国大陆LED封装企业近2000家,大部分厂家的白光LED光效达到120lm/W以上。

2)白光LED电光转换效率极限:电能全部转换为光能的电光转化效率是330lm/W,暖白色的光效会稍低,也就是说,一颗完美的1W白光LED,在357mA电源驱动下,正向压降为2.8V,发光通量为330lm(电能全部转换为光能的当量)。

2、白光LED发光原理及技术指标

1)白光LED发光原理:

a.多色芯片白光LED(三色芯片RGB、四芯片BGRY)

b.双色芯片白光LED(B+Y、B+YG、BG+Y芯片)

c.蓝色单芯片+荧光粉白光LED(InGaN蓝芯片+黄荧光粉YAG、InGaN蓝芯片+红荧光粉+绿荧光粉)

d.紫外单芯片+红、绿、蓝荧光粉白光LED;

e.黄LED+ZnSe单结晶基板白光LED;

f.光子晶体白光LED;

g.无荧光粉量子阱白光LED。

2)白光LED特殊的技术指标:光通量、发光效率、色温、显色指数、稳定性、寿命。

3、白光LED的工艺流程和制作方法

蓝光芯片—工艺说明—固定芯片—焊线—灌胶—LED的生产环境—烘烤芯片—涂覆荧光粉

4、大功率白光LED的制作

1)自动喷胶设备;

2)大功率白光LED的三个通道:电流通道、出光通道、热通道。这三个通道能否设计好,对于大功率LED来说是至关重要的。

3)大功率白光LED的评价

a.经过一段时间连续点亮,它的光通量衰减曲线是怎样的?反向漏电有什么变化?色温有什么变化?

b.大功率白光LED的色温分布是怎样的?光强的分布情况是怎样的?

c.热阻大小是多少?

5、白光LED的可靠性及使用寿命

1)影响白光LED寿命的主要原因:芯片的导热性、芯片的抗静电性、芯片的抗浪涌电压和电流;

2)工艺流程对白光LED寿命的影响:封装方法、pn结的工作温度。

 

四、大功率和白光LED封装材料

1、大功率LED支架

1)大功率LED支架的结构

2)大功率LED支架使用注意事项:

◆LED镀银支架的电镀要求;

◆镀银层化学性质;

◆仓储使用中注意事项;

◆支架放置注意事项;

◆支架的分批管理。

2、大功率LED的散热基板

1)LED结温与发光效率及寿命的关系;

2)LED散热基板的分类:

a.系统电路板;

b.LED晶粒基板:厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、薄膜陶瓷基板

3)常用封装材料的技术指标;

4)大功率LED金属基散热基板:

a.铝基板:一般用于1-5W大功率LED的封装上,功率再大LED如采用铝基板,因热膨胀系数大有导致晶粒脱落的危险。

铝基板生产工艺:制作底片—备料—制图形—蚀刻—表面处理(浸Sn)—印字符—机加—检验—包装。

铝基板的特点:绝缘层薄热阻小、无磁性、散热好、机械强度高

b.铜基散热基板

c.陶瓷散热基板

◆LED陶瓷散热基板介绍:厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷基板、薄膜陶瓷基板;

◆国际大厂LED产品发展趋势:低温共烧多层陶瓷LTCC、高温共烧多层陶瓷HTCC、直接接合铜基板DBC(Direct Bonded Copper)、直接镀铜基板DPC(Direct Plate Copper)

◆陶瓷散热基板特性

3、  大功率LED封装用硅胶:

1)道康宁LED硅胶

◆道康宁OE6351硅胶—大功率LED灌模条胶水

◆道康宁OE6250硅胶—大功率LED灌透镜胶水;

◆道康宁JCR6175硅胶—大功率LED混荧光粉胶水;

◆道康宁OE6550硅胶—大功率LED混荧光粉胶水;

◆道康宁EG6301硅胶—贴片SMD封装胶水;

◆道康宁大功率LED硅胶6865M/N。

2)信越LED硅胶

◆大功率用硅胶SCR-1012、SMD TOP VIEW SCR-1012/1012B-R/1016、HIGH POWER KER-2500 KER6100 KER3000-M2、LED的固晶 SMP2800;

◆Lamp两引线直插式:SCR-1012、KER-3000-M2;

◆SMD用硅胶: SCR-1012/1012B-R/1016、KER-2500LV;

◆High Power(大功率):KER6200、KER-2500、 KER6100、KER-3200-T1。

4、大功率芯片

1)芯片厂商

◆大陆LED芯片厂商:三安光电、上海蓝光、士兰明芯、大连路美、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、浪潮华光、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪星源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电、乾照光电、晶达光电、深圳方大、上海蓝宝;

◆台湾LED芯片厂商:晶元光电、联铨、元坤、连勇、国联、广镓光电、新世纪、华上、泰谷光电、奇力、钜新、光宏、晶发、视创、洲磊、联胜、汉光、光磊、鼎元、翟富洲技、灿圆、联鼎、全新光电、华兴、东贝、光鼎、亿光、佰鸿、今台、菱生精密、立基、光宝、宏齐;

◆国外LED芯片厂商:惠普、科锐、日亚化学、丰田合成、大洋日酸、东芝、昭和电工、Lumileds、旭明、Genelite、欧司朗、GeLcore、首尔半导体、普瑞、韩国安萤火Epivalley。

2)部分厂商几种大功率LED芯片参数。

5、白光LED荧光粉

1)概述:LED荧光粉近几年发展非常迅速,美国GE公司持有多项专利,国内也有一些专利报道。蓝光LED激发的黄色荧光粉基本上能满足目前白光LED产品的要求,但还需要进一步提高效率,降低粒度,最好能制备出直径3-4nm的球形荧光粉;

2)化学成分及特性;

3)LED荧光粉的应用:

◆实现白光发射

◆利用某波段LED发光效率高的优点制备其它波段LED;

◆将发光波长有误差的LED重新利用;

◆让LED光色更柔和、鲜艳。

 

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第四章 LED的封装形式

一、LED常见分类

1、根据发光管发光颜色分类:

红光LED、橙光LED、绿光LED(黄绿、标准绿、纯绿)、蓝光LED……

上述各颜色可分为有色透明、无色透明、有色散射、无色散射四种。

2、根据发光管出光面特征分类:

圆灯、方灯、矩形、面发光管、表面安装用微型管;

从发光强度角分布有高指向性、标准型、散射型。

3、根据发光二极管的结构分类:

全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装。

4、根据发光强度和工作电流分类:

根据发光强度和工作电流,可分为普通亮度LED(发光强度<10mcd)、高亮度LED(10~100mcd)和超高亮度LED(发光强度>100mcd)。

 

二、LED封装形式简述

1、为什么要对LED进行封装

1)对LED封装的作用:LED封装的作用是将外线连接到LED芯片的电极上,不但可以保护LED芯片,而且起到提高发光效率的作用,所以LED封装不仅仅只是为了光辐射,更重要的是保护管芯正常工作。LED封装既有电参数,又有光参数的设计及技术要求,并不是一项简单的工作。

顶部包封的环氧树脂做成一定形状,其作用是:保护管芯等不受外界侵蚀;采用不同形状和材料,起透镜或漫射透镜的作用,控制光的发散角;管芯折射率与空气折射率相差较大,选用相应折射率的环氧树脂作过渡,可提高管芯的光出射效率。

2)对LED封装的要求:

◆用于构成LED管壳的环氧树脂须具有良好的耐湿性、绝缘性以及较高的机械强度,对管芯发出光的折射率和透射率高,选择不同折射率的封装材料,封装几何形状,对光子取出效率的影响是不同的;

◆发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材料及其形状有关;

◆LED设计应用中,PCB板等的热设计、导热性能也十分重要。

2、LED封装形式

LED产品封装形式五花八门,根据不同的应用场合、不同的外形尺寸、散热方案和发光效果,设计和确定LED的封装形式。

1)LED按封装形式分类:

◆垂直LED(Lamp-Led)

◆平面封装LED(Flat pack-LED)

◆贴片式封装LED(SMD-LED)

◆侧发光LED(Side-LED)

◆顶部发光LED(Top-LED)

◆高功率LED(High Power-LED)

◆覆晶封装LED(Flip Chip-LED)

◆集成封装LED(Integration-LED 、Polycrystalline LED)

2)按LED芯片发光面分类:

◆点光源(发光灯)

◆面光源(面发光灯)

◆发光显示器(线或面)

 

三、几种常用LED的典型封装形式

1、lamp(引脚)式封装

1)引脚封装形式概述:LED脚式封装采用引线架作各种封装外形的引脚,是最先研发成功投放市场的封装结构,品种数量繁多,技术成熟,封装内结构与反射层仍在不断改进。标准LED被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案。引脚封装最突出特点就是可弯曲成所需形状,体积小。

2)引脚式封装结构:支架、芯片、金线或铝线、反光杯、环氧树脂或硅胶透镜;

2、平面封装

1)平面封装概述(类型)

◆数码管:单位数码管、多位数码管、双色数码管;

◆点阵:单色点阵、双色点阵、各种字符字体;

◆光柱:单色光柱、多色光柱、环形光柱;

◆面光源:多芯片集成白光、大功率芯片组合、食人鱼封装;

◆SMD贴片:硬片、软片光带。

2)典型平面封装器件结构原理

3、贴片式(SMD)封装

1)SMD封装的工艺:

芯片安放—银浆固化—金丝键合—封装—烘干固化—划片—测试分选—编带—出货检查

2)测试LED与选择SMD

◆对SMD封装的LED进行测试,因为其体积小,不便于手工操作,所以必须使用自动测试仪器;

◆由于结构SMD型化,PCB的选材和版图设计十分重要;

◆对于PCB基板的质量要求包括:要有足够的精度、镀金属的厚度和质量必须确保金丝键合后的拉力大于8g、表面无粘污;

4、食人鱼封装

1)因为此种封装的形状很像亚马逊河中的食人鱼,故命名之;

2)食人鱼LED产品有很多优点,由于食人鱼LED所用的支架式铜制的,面积较大,因此传热和散热快。

3)食人鱼LED的封装工艺

4)食人鱼LED的应用

5、功率型封装

 

四、几种前沿领域的LED封装形式

1、高亮度、低衰减、完美配光的红绿蓝直插式椭圆封装

1)户外大型彩色LED显示屏用的椭圆形LED属于高端LED领域,需具备如下主要特异特性:高亮度、高抗静电性、一致性(波长、高度、角度)、低衰减、低失效率、红绿蓝配光一致性;

2)国内封装技术须在以下几个方面努力赶超国外:高亮度方面、高抗静电方面、高一致性方面、低衰减方面、低失效率方面、红绿蓝光一致性方面;

2、高防护等级的户外型SMD

户外高防护等级SMD满足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻条件,故在金属支架与PPA材料的粘合性能、外封胶水的抗UV性能、PPA材料抗UV性能、外封胶水与PPA的粘合性能、外封胶水的渗透性能等关键要素上须全面通过选材、试验工艺和管控来解决。

3、广色域、低衰减、高色温稳定性白色SMD

LED器件的一个重要应用领域是大尺寸液晶显示屏背光源。

 

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第三章 LED的封装制程

一、概述

1、封装(package)对于芯片来说是必需的,也是至关重要的。封装也可以说是安装半导体芯片用的外壳,它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁,半导体封装具有规格通用化的功能,封装的主要作用有物理保护、电气连接、标准规格化。

2、顶部包封的环氧树脂做成一定的形状,有这样几种作用:保护管芯等不受外界侵蚀;采用不同的形状的材料性质,起透镜或漫射透镜功能,控制光的发散角;选用相应折射率的环氧树脂过渡,可提高管芯的光出射效率。

3、在室温附近,温度每升高1度,LED的发光强度会相应地减少1%左右,封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要。以往采用减少其驱动电流的办法,降低结温。全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术,改善了热特性,此外在应用设计中,PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。

4、LED封装不仅将外线连接到LED芯片的电极上,并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。LED封装形式可以说是五花八门,主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸,散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED(引脚式LED)、TOP-LED(顶部发光LED)、Side-LED(侧发光LED)、SMD-LED(表面贴装LED)、Flip-Chip-LED(覆晶LED)、High-Power-LED(高功率LED)。

 

二、LED封装流程简介

1、LED封装整体流程:

固晶站—焊线站—灌胶站—测试站—分光站;

2、手动Lamp-LED封装线流程:

翻晶(扩晶)+手动点胶或机器点胶(银胶搅拌+排支架)+手动固晶或机器固晶+烘烤—机台调试—焊线—装模条+模条预热+模条吹尘+喷离模剂—至灌胶(胶水预热+配胶+胶水搅拌+胶水抽真空)—支架点胶—插支架—压支架—烘烤—出炉—前切—参数测试—后切—测试—包装—参数设定—分光—标签打印—包装封口—入库。

3、手动固晶站流程:

翻晶—扩晶—银胶解冻搅拌—排支架—点胶—固晶—烘烤;

4、点胶不良现象:漏点、点偏、银胶过多、银胶过少、杯壁粘胶;

5、固晶站不良:漏固、多固芯片、混芯片、银胶过高、银胶过低、芯片破损、芯片粘胶、位置不当、芯片刺伤、芯片倾斜、芯片翻倒、掉晶、支架变色、阳极粘胶、晶粒倒置、推力不足。

 

三、焊线站制程

1、焊线站总流程:转料—机台调试—焊线—转料

2、焊线站细部流程:

1)机台调试

2)焊线

3)焊线站不良的原因和解决方法:

常见的焊线不良:塌线、断线、虚焊、焊垫打穿、芯片松动、芯片龟裂、掉晶、尾线过长、偏焊、倒线、杂线、弧度过高、弧度过低、金球过大、金球过小、拉力不足、漏焊、掉电极、二焊过近、二焊过远;

 

四、灌胶站制程

1、灌胶站总流程;

2、灌胶站细部流程:

装模条—模条预热—模条吹尘—喷离模剂—支架粘胶—胶水预热—配胶搅拌—胶水抽真空—灌胶—插支架压支架—初烤—离模—长烤;

3、胶水不良原因和解决方法:

常见不良:胶水预热异常、模粒预热异常、配胶错误、多胶、少胶、插浅、插深、插反、杯内气泡、胶色不一、混模条、烤箱温度误差、刮伤、表面气泡、偏心、杂物、表面不良、卡点错误。

 

五、测试站制程

测试站总流程:转料—前切—参数设定—测试—点数后切—包装—入库(转料)

 

六、LED封装制程指导书

1、T/B机操作指导书;

2、AM机操作指导书;

3、模具定期保养操作指导书;

4、排测机操作指导书;

5、电子秤操作指导书;

6、搅拌机操作指导书;

7、真空机操作指导书;

8、封口机操作指导书;

9、AM自动固晶机参数范围作业指导书;

10、AM自动焊线机参数范围作业指导书;

11、扩晶机操作指导书;

12、AM自动固晶机易耗品定期更换作业指导书;

13、瓷嘴检验作业指导书;

14、自动焊线操作指导书;

15、自动固晶操作指导书;

16、手动焊线机操作指导书;

 

七、金线(或铝线)的正确使用

键合金丝是由含金99.99%的纯金拉制而成,规格齐全。它是优异电气、导热、机械性能以及化学稳定性极好的内引线材料,主要作为半导体的封装材料。

1、  正确取出金线(或铝线)和AL-4卷轴的方法与步骤:

先把手套戴上,并以垂直方向将盖子取出——把手指放入卷轴内侧——小心地从盒子中拿出卷轴,注意不要触及金线表面——按图示方向,用镊子把最后一层的黏带取出——握住卷轴内侧,把卷轴装在转轴上——把金线取出使用——取出空的卷轴——将卷轴放回塑胶盒里——将盖子盖回——将所有用过的卷轴排放回塑胶盒内——放好后把它们盖好——把盒子整齐地放在箱子里;

2、正确保存剩余金线(或铝线)和AL-4卷轴的方法与步骤:

在贴始端胶带前,卷轴的缺口必须向上放置——用适当的力度拉紧粘线,让金线与卷轴接触——贴上始端胶带,粘住金线——从胶带边缘,去除多余的金线——取出卷轴——将金线放回塑胶盒里——将盖子盖回。

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第二章 LED的封装原物料

一、LED芯片构造

LED芯片是半导体发光器件LED的核心部件,它主要有砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Sr)这几种元素中的若干种组成。法国二极管芯片制作方法和材料的磊晶种类:

◆LPE: Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法)GaP/GaP;

◆VPE: Vapor Phase Epitaxy(气相磊晶法)GaAsP/GaAs;

◆MOVPE: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy(有机金属气相磊晶法)AlGaInP/GaN;

◆SH: Single Heterostructure(单异型结构)GaAlAs/GaAs;

◆DH: Double Heterostructure(双异型结构)GaAlAs/GaAs;

不同LED芯片,其结构大同小异,有基板(蓝宝石基板、碳化硅基板等)和掺杂的外延半导体材料及透明金属电极等构成。

1、  LED单电极芯片;

2、  LED双电机芯片;

3、  LED的晶粒种类简介:不同材料晶粒,具有不同带隙,即具有不同发光波长;

4、  LED衬底材料的种类:蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC);

1)蓝宝石衬底有许多优点及缺点:

a.生产技术成熟、器件质量较好;

b.稳定性很好,能运用在高温生长过程中;

c.机械强度高,易于处理和清洗;

d.晶格失配和热应力失配,会在外延层中产生大量缺陷,同时给后续的器件加工工艺造成困难;

e.常温电阻率较大,无法制作垂直结构的器件,通常只在外延层上表面制作电极;

f.硬度非常高,减薄和切割较困难;导热性能不是很好。

2)硅衬底

目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是L接触(Laterial-contact,水平接触)和V接触(Vertical-contact,垂直接触)。

3)碳化硅衬底

碳化硅衬底的LED芯片电极是L型电极,电流是纵向流动的,采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好,有利于做成面积较大的大功率器件,但是相对于蓝宝石衬底而言,碳化硅制造成本较高,实现商业化还需要降低相应的成本。

4)三种衬底的性能比较:

衬底材料

导热系数

膨胀系数

稳定性

导热性

成本

抗静电能力

蓝宝石

46

1.9

一般

一般

150

5~20

碳化硅

490

-1.4

5、  LED芯片的制作流程:

1)光刻—等离子体蚀刻GaN—扩散和键合—镀金—晶圆芯片—抛光—检验—划片—崩裂—晶粒;

2)磊晶加热—干式蚀刻分离—透明层—p电极连接—n电极连接—测量—衬底研磨—划片—封装;

6、制作LED垒芯片方法的比较;

7、常用芯片见图:

1)单电极芯片:

a.圆电极芯片

b.方电极芯片;

c.带角电极芯片;

2)双电极芯片

 

二、Lamp—LED支架介绍

支架的作用:用来导电和支撑晶片;

支架的组成:一般来说是由支架素材经过电镀而形成,由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层;

1、Lamp—LED支架结构与相关尺寸

1)、LED支架图;

2)、LED支架说明;

3)、尺寸说明;

4)、LED支架材质;

5)、支架电镀知识;

6)、支架管控相关条件;

2、常用支架外观图集

3、LED支架进料检验内容:

数量短少、混料、生锈变色、镀层起泡脱落、弯曲变形、支架扇形弯曲、支架倾斜、支架压伤、支架刮伤、碗口变形、凹凸不平、阴阳极变形、冲压不良、电镀不均、支架污染、支架烧焦、碗底粗糙、脚弯曲、支架粗糙、银残留、支架弯头、支架毛边、支架异物(脚及下Bar发白)、支架电镀过薄、烘烤检验、焊线耐热试验。

 

三、LED模条介绍

1、模条的作用与模条简图

模条是LED成形的模具,一般有圆形、方形、塔形等,支架植得深还是浅由模条的卡点高低所决定,模条需存放在干净及室温以下的环境中,否则会影响产品外观;

2、模条结构说明:导柱、钢片、胶杯、卡点;

3、模条尺寸:

1)模条材质:塑料(TPX材质);

2)TPX物料简介:TPX如同PC、PMMA,具有极佳的透明度,但PC和PMMA是非结晶型,而TPX是结晶的材料,且在物理上有相当的差异存在;

3)TPX在以模具成型时要注意以下几点:

a.TPX具有极佳的耐热性、耐化学品及耐蒸汽性等,且TPX在透光性聚合物中比重最轻;

b.TPX的耐击性和PS及PMMA相当,TPX是结晶型材料,所以比其他非结晶型材料有更大的收缩率。

4)开模注意事项;

5)LED封装成形:圆形LED、方形LED、平头LED、椭圆LED、子弹头LED、内凹LED、特殊型LED;

6)模条进料检验内容:

型号不符、模条混装、模粒内表面模糊、模粒内表面刮伤、模粒裂痕、模粒帽檐破损、硅钢片生锈、硅钢片变形、模条底部塑料残留、卡点脱落、导柱脱落、圆缺边方向错位、卡点误差过大)插深或插浅)、中心间距不等(封胶实验有偏心)、胶杯成形不良(封胶实验有光斑不良)。

 

四、银胶和绝缘胶

银胶是用来导电、散热和固定芯片的;绝缘胶除了不导电外,也是用来散热和固定芯片的。因为在LED封装过程中的作用不同,因此所用位置也不同。

1、  银胶和绝缘胶的包装;

2、  银胶和绝缘胶的成分;

3、  银胶和绝缘胶的作业条件

4、  操作标准及注意事项;

5、  银胶及绝缘胶烘烤注意事项:

a.必须一次性烤干,若有软化、松动现象,为前一次未烤干,取出材料后空气进入银胶再次加温膨胀导致结合度变差;

b.烘干硬化后不能立即从烘箱中取出,应待自然冷却后再取出;

c.烘烤时注意时间不能过长过短,进出烘箱时都需落实做好记录,IPCQ做好监督。

6、银胶与绝缘胶的区别:

a.银胶需要搅拌,绝缘胶不需要搅拌;

b.银胶硬化速度比绝缘胶慢,银胶推力比绝缘胶小;

c银胶散热性较好,绝缘胶散热性较差;

d.银胶较绝缘胶吸光性强,反光性弱,成形产品中银胶亮度较绝缘胶低;

e.银胶推力较小,绝缘胶推力较大;

f.绝缘胶可与荧光粉混合后在一起配制成杯底绝缘胶做白光。

 

五、焊接线—金线和铝线

在封装LED时需要用金线或铝线把芯片两个电极和LED支架焊接起来,这才能把电源通过支架加到LED芯片上。

1、  金线和铝线图样和简介:金线和铝线都可以作为LED芯片与支架间的连接线。金线电阻率比铝线电阻率小,在LED功率比较大或要求电参数比较高的场合往往使用金线,其他场合可以使用比较廉价的铝线。

2、  经常使用的焊线规格;

3、  金线应用相关知识:

1)  焊线示意图;

2)  焊球相关名词定义;

3)  线尾切断方式;

4)  金线原材料质量会影响到焊球;

4、  金线的相关特性:金线在高温下焊接加热时间过长,其结合力会下降。金线放置时间越长与芯片的结合力越低。

5、  金线制造商检测金线的几种方法:在实验金线的延展力、柔韧力及焊球结合力时,通过不同的打线方式来检测—段式焊线、超低式焊、超长式焊线、超短式焊线;

6、  LED封装厂家检验金线的方法:LED生产厂家为了保证金线预先片焊接良好,在使用金线前和使用过程中都要对金线进行检测,检测内容包括焊线拉力、焊点、球颈及色泽。

 

六、封装胶水

1、LED封装经常使用的胶水型号

1)宜加化工生产的部分胶水简表;

2)包装图示;

2、胶水相关知识

1)胶的种类及成分;

2)胶水的应用过程;

3)宜加2015胶水相关特性参数;

4)环氧树脂化学分子式;

5)玻璃态转化温度(Tg)

a.对转化温度的定义:但高分子材料由硬而脆之玻璃状态,转变成软而韧之橡胶状态时,其温度范围称之为玻璃态转化温度;

b.曲线说明:但T>Tg是橡胶状态,但T<Tg是玻璃状态

◆可由玻璃态转化温度来预期温度循环、热冲击、及产品使用温度;

◆玻璃态转化温度与使用条件有关,亦与硬化情形有关;

◆玻璃态转化温度高于使用温度5%~10%较适合;

◆当同一配方,其所得硬化物玻璃态转化温度越高时,交联密度较高;

◆硬度越高,对机械或者热应力而言较脆;

◆收缩越大,内应力越大;

◆吸湿性较高;

◆使用寿命下降;

◆预期温度循环下降;

c.Tg与时间的关系图:开始随时间非线性增长,后来随时间略有下降;

d.玻璃态转化温度测试图:差式扫描热量法;

e.吸水与不吸水的Tg进行比较

6)辅助说明

a.通常而言,我们所说的Tg点是取转化区域的中心值,这一温度确切的说是以区域进行表示,而不是由单一点的数值进行表示的;

b.环氧树脂的化学性质称为附加的化学性质;

c.固化不足对环氧树脂的影响;

d.后期固化周期;

7)胶水的操作寿命及反应速率:

a.操作寿命的定义:操作寿命指环氧化合物的黏度超过可使用范围的极限时,通常用cps来表示,此外,温度是一主要的因素;

b.操作寿命具体说明:A/B胶混合后,黏度上升至起始黏度两倍时(黏度上升至无法操作时);

c.反应速率具体说明:多数环氧树脂的反应速率,将会每增加10度的温度就增长一倍,加热环氧树脂通常用来降低黏度,使其达到易除气泡的目的;

d.凝胶点:反应进行中,分子量迅速增加,且最后使得几条分子链连接在一起,成为极大的分子量网状系统,由一粘性的液体变成一有弹性的胶状,将呈现极大网状系统的主要现象,这种迅速且无法改变的变化,称为凝胶点。

8)胶水的硬化

a.定义:硬化在化学上属于完全反应,在工业上使用时,指能得到最佳性能所需的硬化程度;

b.硬化温度对LED的影响

◆前硬化温度太低:凝胶化与玻璃化同时发生,当温度再增高,可能仍会呈液体状;转化率不够,硬化不完全,且所需时间太长;

◆前硬化温度适中:硬化反应速率慢,微粒凝胶大;Tg与硬化温度相同;网状结构密度大;抗化学性高及各种物性优异;

◆硬化温度过高:放热量大,聚温太高,造成边缘与中心温差大;硬化速率太快,微粒凝胶小;网状结构密度小,Tg低;抗化学性低,物性差。

9)胶水的保存条件(环氧树脂系统及相关材料)

a.必须保存在原来的容器里;

b.应避免过热;

c.应避免太阳直接照射;

d.扩散剂Dp(Diffusant paste)内含易于沉淀的填充料,绝对需要先搅拌均匀再取用;

e.建议使用冷藏的方式来保存单液型的原料(银胶)

f.二液型的原料(A\B胶)不需要冷藏,冷藏保存将导致某些原料结晶;

10)胶水使用注意事项;

11)不同胶水组合形成胶体外观方式;

12)胶水Tg点实验图示;

13)LED制造厂对胶水的需求及胶水制造商的潜质问题:

a.LED制造厂对胶水的需求:

◆缩短加工时间;

◆增加模具的使用次数:增加产量;降低成本。同时通过改变树脂配方及提高硬化温度的方法来达到想要的效果;

b.提高硬化温度的潜在问题:

◆树脂硬化反应太紊乱的倾向;

◆网状结构的内部应力增加;

◆温度偏高导致架桥反应与裂解反应相互竞争;

◆硬化物的机械、物理、电气、热稳定性等性质普遍降低。

 

 

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第一章 LED的基础知识

一、LED的特点

1、发光效率高:白炽灯、卤钨灯—12~24lm/W;荧光灯50~70lm/W;钠灯90~140lm/W;改良LED灯50~200lm/W。

2、耗电量少:同样照明效果前提下,耗电量LED是白炽灯泡的八分之一,荧光灯管的二分之一。

3、使用寿命长:5~10年。

4、安全可靠性强:发热量低、无热辐射、冷光源。

5、有利于环保:易安装维护、易回收、节能。

 

二、LED的发光原理

1、LED简述:LED(Light Emitting Diode)是发光二极管的英文简写,是自发辐射的的发光器件,可以发射紫外光、可见光和红外光。其发光原理是电激发光。

2、LED的基本特性:

1)构造坚固,不易破损:经环氧树脂封装,经高温烘烤,硬度极高;

2)信赖度好,使用寿命长:电子与空穴结合发光,不易发热,故寿命长;

3)操作电流及电压低,消耗功率小,省电:由电转换成光之效率高,故耗电量极低;

4)反应速度快,传导性好,容易配合高频驱动:放电性发光,点亮、关灯速度快;

5)体积小:可根据客户不同要求采用不同模条封装,甚至可成形极小表面型、薄型及轻量化产品;

6)可回收,产品符合环保要求:产品不易碎,故对环境不会造成影响;

7)可选择多种不同的颜色及外观:可配合多种不同色剂并按不同比例调配颜色。

3、LED的发光原理:

1)认识发光二极管LED

a.LED在电子线路中的符号;

b.半导体PN结和发光原理;

c.无机半导体材料发光二极管及发光颜色;

d.二极管的结构;

2)半导体材料的能带和LED的发光条件:

a.半导体的能带:不是所有的半导体材料都能发光,半导体材料分为直接带隙材料和间接带隙材料,只有直接带隙材料才能发光。直接带隙材料电子可在导带带底垂直跃迁到价带带顶,它在导带和价带中具有相同的动量,发光效率高。

b.制造LED的发光条件:

◆化合物半导体晶体的禁带宽度要能够用来获得所希望的发光波长;

◆发光材料能容易制成PN二极管,多个结层的晶格常数要匹配,做成所谓DH层(Double Hetero Layer),但两侧晶格常数必须一致;

◆以禁带宽度的材料夹着活性层发光区域的两侧,活性层的带隙比覆面层的带隙小,活性层的折射率比覆面层的折射率大,所发光很容易由内部出射;

◆能有稳定的物理及化学结构。结晶的离子性高,禁带带宽比较大,熔点也较高,所成的化合物半导体晶体材料能在较高温度环境下工作;

◆有直接迁移带或间接迁移带的晶体。发光区域多为直接迁移带隙材料,其有较高的发光效率,电子(空穴)的移动度也比间接迁移带隙材料要高。

 

三、LED系列产品介绍

1、LED产业分工:

a.上游:晶圆:单晶棒—单芯片—结构设计—垒芯片(成品:单芯片、垒芯片)(LPE液相垒晶成长法,Liquid Phase Epitaxy;VPE气相垒晶成长法,Vapor Phase Epitaxy;MOVPE/MOCVD有机金属气相垒晶法,Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)

b.中游:制程:金属蒸镀—光罩蚀刻—热处理(p、n电极制作)—切割—崩裂成品(晶粒)

c.下游:封装:点胶固晶—焊线—灌胶—切脚测试—分光—包装(LED应用:灯泡lamp、数字/字符、表面粘贴、点矩阵型、集束型、模块)

2、LED封装分类:LED依发光波长可分为可见光(波长380~780nm)与不可见光(红外线和紫外线)LED(波长850nm~1550nm和波长小于390nm)。

 

四、LED的发展史和前景分析

1、LED的发展史:

1)1907年Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象,由于其发出的黄光太暗并摒弃了研究;

2)20世纪20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光,再一次因为发光暗淡而停止;

3)1936年,George Destiau发表了一个关于硫化锌粉末发射光的报告,随着电流的应用和广泛的认识,最终出现了“电致发光”这个术语;

4)20世纪50年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。第一个商用    LED只能发出不可见的红外光,但迅速应用于感应与光电领域;

5)20世纪60年代末,在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED,磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮,甚至发出橙色的光;

6)70年代中期,磷化镓被用作发光光源,随后就发出了灰白绿光,双层磷化镓发出黄色光,金刚砂发出黄光及绿色光;

7)80年代早期到中期对砷化镓、磷化铝的使用使得第一代高亮度LED诞生,先是红色、接着是黄色、最后为绿色;

8)90年代早期采用铟铝磷化镓生产出了橘红、橙、黄和绿光的LED,第一个具有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期;

9)90年代中期,出现了超亮度的氮化镓LED,随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓LED。超亮度蓝光芯片是白光LED的核心,在这个发光芯片上抹上荧光粉,荧光粉吸收来自芯片上的蓝色光源再转化成白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。

10)LED的发光效率从最初的0.05lm/W,经历了0.1lm/W,几流明/瓦时代,数十流明/瓦时代,到现在约120lm/W以上了。

2、可见光LED的发展趋势和前景:

1)高亮度LED发展进程飞快:尽管LED目前仍有应用瓶颈,但业界认为,但LED发光效率提升2倍,驱动电流提升3倍,封装成本下降1/2三个条件都具备时,可促使整体LED照明价格大幅度下降,LED照明进入家庭成为可能;

2)我国LED发展前景:LED产业在国内有良好的发展前景。

3、  LED的应用:

1)大中小LED显示屏:室内外广告牌、体育场计分牌、信息显示屏等

2)交通信号灯:市内交通信号灯、高速公路、铁路和机场信号灯;

3)光色照明:室外景观照明和室内装饰照明;

4)专用普通照明:便携式照明、低照度照明、阅读照明、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯路灯;

5)安全照明:矿灯、防爆灯、应急灯、安全指示灯;

6)特种照明:军用照明灯、医用手术灯、医用治疗灯、农作物和花卉专用照明灯。

4、全球光源市场的发展动向:

1)国际LED厂商:白光LED技术的开发与掌握,是目前国际LED厂商发展的重点,为维持未来市场上的优势,全球重要战略联盟早已成形;

2)白光LED各种制造技术的优缺点;

3)大功率LED封装形态发展的考量点:

a.具有自主知识产权;

b.主流产品标准化;

c.有助于性能指标的提高;

d.有助于光源可靠性的提高;

e.方便照明应用(电路连接、系统配光、散热装配、结构安装)

f.适合大批量生产;

g.有利于降低成本;

4)半导体照明的LED封装形态发展趋势:新大功率LED主流封装形态的特征:

a.应用安装形式平面贴片化;

b.器件尺寸小型化;

c.光学透镜硅胶模造一体化;

d.出光形式泛光化;

e.热电管理分离化;

f.热量管理应用化;

g.单灯光通量最大化;

h.器件热阻最小化;

i.器件结温最高化;

j.应用对接即插化;

k.供电模式交流化;

l.生产技术成熟化;

m.生产工艺简单化;

n.生产模式标准化;

o.生产能力规模化;

p.生产成本最低化。

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