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LED基礎(chǔ)知識100問

1.LED是什么?

答:LED是英文Light Emitting Diode,即發(fā)光二極管,是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料,當(dāng)兩端加上正向電壓,半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光.LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光.第一個商用二極管產(chǎn)生于 1960年.它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧樹脂密封,起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用,所以LED的抗震性能好.

2.LED為什么是第四代光源(綠色照明)?

答:按電光源的發(fā)光機(jī)理分類:第一代光源:電阻發(fā)光如白熾燈.第二代光源:電弧和氣體發(fā)光如鈉燈.第三代光源:熒光粉發(fā)光如熒光燈.第四代光源:固態(tài)芯片發(fā)光如LED.

3.LED的發(fā)光機(jī)理和工作原理有哪些?

答:發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié).因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)�通，反向截止、擊穿特�?此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性.在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光.

4.LED有哪些光學(xué)特性?

答:1.LED發(fā)出的光既不是單色光,也不是寬帶光,而是結(jié)余二者之間.2.LED光源似點(diǎn)光源又非點(diǎn)光源.3.LED發(fā)出光的顏色隨空間方向不同而不同.4.恒流操作下的LED的結(jié)溫強(qiáng)烈影響著正向電壓VF.

5.LED有哪幾種構(gòu)成方式?

答:LED 因其顏色不同,而其化學(xué)成份不同:

如紅色 ：鋁-銦-鎵-磷化物

綠色和藍(lán)色: 銦-鎵-氮化物

白色和其它色都是用RGB三基色按適當(dāng)?shù)谋壤�混合而成�?

LED 的制造過程類似于半導(dǎo)體,但加工的精度不如半導(dǎo)體,目前成本仍然較高。

6.各種顏色的發(fā)光波長是多少?

答:目前國內(nèi)常用幾種顏色的超高亮LED的光譜波長分布為460～636nm,波長由短到長依次呈現(xiàn)為藍(lán)色、綠色、黃綠色、黃色、黃橙色、紅色.常見幾種顏色LED的典型峰值波長是:藍(lán)色——470nm,藍(lán)綠色——505nm,綠色——525nm,黃色——590nm,橙色——615nm,紅色——625nm.

7.LED有哪幾種封裝方式?

答:封裝方式: 1、引腳式（Lamp）LED封裝, 2、表面組裝（貼片）式（SMT－LED）封裝, 3、板上芯片直裝式（COB）LED封裝, 4、系統(tǒng)封裝式（SiP）LED封裝 5. 晶片鍵合和芯片鍵合.

8.LED有哪幾種分類方法?

答:1．按發(fā)光管發(fā)光顏色分

按發(fā)光管發(fā)光顏色分,可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等.另外,有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片.

根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色,上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用.

2．按發(fā)光管出光面特征分

按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等.國外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）.

由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況.從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：

（1）高指向性.一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng).

（2）標(biāo)準(zhǔn)型.通常作指示燈用，其半值角為20°～45°.

（3）散射型.這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大.

3．按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分

按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu).

4．按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分

按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度<10mcd）；超高亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度>100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管.一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）.

除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法.

9.LED的生產(chǎn)工藝步驟有哪些?

答:1.工藝：

a)清洗：采用超聲波清洗PCB或LED支架，并烘干.

b)裝架：在LED管芯（大圓片）底部電極備上銀膠后進(jìn)行擴(kuò)張,將擴(kuò)張后的管芯（大圓片）安置在刺晶臺上,在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在PCB或LED支架相應(yīng)的焊盤上,隨后進(jìn)行燒結(jié)使銀膠固化.

c)壓焊：用鋁絲或金絲焊機(jī)將電極連接到LED管芯上，以作電流注入的引線。LED直接安裝在PCB上的,一般采用鋁絲焊機(jī).（制作白光TOP-LED需要金線焊機(jī)）  

d)封裝：通過點(diǎn)膠，用環(huán)氧將LED管芯和焊線保護(hù)起來.在PCB板上點(diǎn)膠，對固化后膠體形狀有嚴(yán)格要求,這直接關(guān)系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承擔(dān)點(diǎn)熒光粉（白光LED）的任務(wù).

e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封裝的LED，則在裝配工藝之前，需要將LED焊接到PCB板上.

f)切膜：用沖床模切背光源所需的各種擴(kuò)散膜、反光膜等.

g)裝配：根據(jù)圖紙要求，將背光源的各種材料手工安裝正確的位置.

h)測試：檢查背光源光電參數(shù)及出光均勻性是否良好.

1.LED的封裝的任務(wù)

是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護(hù)好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用.關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝.

2.LED封裝形式

LED封裝形式可以說是五花八門,主要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用相應(yīng)的外形尺寸,散熱對策和出光效果.LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等.

3.LED封裝工藝流程

4.封裝工藝說明

1.芯片檢驗(yàn)

鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整.

2.擴(kuò)片

由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm.也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問題.

3.點(diǎn)膠

在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠.（對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片.）

工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求.

由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項(xiàng).

4.備膠

和點(diǎn)膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上.備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝.

5.手工刺片

將擴(kuò)張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上.手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.

6.自動裝架

自動裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠（點(diǎn)膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠（絕緣膠）,然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置,再安置在相應(yīng)的支架位置上.

自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整.在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片表面的損傷，特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎�劃傷芯片表面的電流擴(kuò)散層.