LED基礎(chǔ)知識問題

①LED是什么？

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。

②LED為什么是第四代光源（綠色照明）？

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。

③LED的發(fā)光機(jī)理和工作原理有哪些？

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)?，反向截止、擊穿特性。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。

④LED有哪些光學(xué)特性？

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。

⑤LED有哪幾種構(gòu)成方式？

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旌隙傻?。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？

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。

⑦LED有哪幾種封裝方式？

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。

⑧LED有哪幾種分類方式？

1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

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。

⑨LED的生產(chǎn)工藝步驟有哪些？

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。

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。

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。

LED封裝工藝流程

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?。s0.1mm），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，特別是藍(lán)、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎潅酒砻娴碾娏鲾U(kuò)散層。

7.燒結(jié)

燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃，燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃，1小時。絕緣膠一般150℃，1小時。

銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意打開。燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。

8.壓焊

壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。

LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn)，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點(diǎn)前先燒個球，其余過程類似。

壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點(diǎn)形狀，拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運(yùn)動軌跡等等。

9.點(diǎn)膠封裝

LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)。設(shè)計(jì)上主要是對材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。手動點(diǎn)膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點(diǎn)是對點(diǎn)膠量的控制，因?yàn)榄h(huán)氧在使用過程中會變稠。白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題。

10.灌膠封裝

Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。