大功率LED芯片、灯珠、灯具及其制程的100个疑难问题及其解答

大功率LED芯片、灯珠、灯具及其制程的100个疑难问题及其解答1.LED是什么?答LED是英文LightEmittingDiode,即发光二极管,是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光.LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光.第一个商用二极管产生于1960年.它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好.2.LED为什么是第四代光源(绿色照明)?答:按电光源的发光机理分类:第一代光源:电阻发光如白炽灯.第二代光源:电弧和气体发光如钠灯.第三代光源:荧光粉发光如荧光灯.第四代光源:固态芯片发光如LED.3.LED的发光机理和工作原理有哪些?答:发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结.因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性.此外,在一定条件下,它还具有发光特性.在正向电压下,电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光.4.LED有哪些光学特性?答:1.LED发出的光既不是单色光,也不是宽带光,而是结余二者之间.2.LED光源似点光源又非点光源.3.LED发出光的颜色随空间方向不同而不同.4.恒流操作下的LED的结温强烈影响着正向电压VF.5.LED有哪几种构成方式?答:LED因其颜色不同,而其化学成份不同:如红色：铝-铟-镓-磷化物绿色和蓝色:铟-镓-氮化物白色和其它色都是用RGB三基色按适当的比例混合而成的.LED的制造过程类似于半导体,但加工的精度不如半导体,目前成本仍然较高。6.各种颜色的发光波长是多少?答:目前国内常用几种颜色的超高亮LED的光谱波长分布为460～636nm,波长由短到长依次呈现为蓝色、绿色、黄绿色、黄色、黄橙色、红色.常见几种颜色LED的典型峰值波长是:蓝色——470nm,蓝绿色——505nm,绿色——525nm,黄色——590nm,橙色——615nm,红色——625nm.7.LED有哪几种封装方式?答:封装方式:1、引脚式（Lamp）LED封装,2、表面组装（贴片）式（SMT－LED）封装,3、板上芯片直装式（COB）LED封装,4、系统封装式（SiP）LED封装5.晶片键合和芯片键合.8.LED有哪几种分类方法?答:1．按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分,可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等.另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片.根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用.2．按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等.国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）.由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况.从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性.一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统.（2）标准型.通常作指示灯用，其半值角为20°～45°.（3）散射型.这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大.3．按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构.4．按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度10mcd）；超高亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管.一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）.除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法.9.LED的生产工艺步骤有哪些?答:1.工艺：a)清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干.b)装架：在LED管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张,将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上,在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上,随后进行烧结使银胶固化.c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的,一般采用铝丝焊机.（制作白光TOP-LED需要金线焊机）d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来.在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求,这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务.e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上.f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等.g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置.h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好.1.LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，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.2.LED封装形式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、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等.3.LED封装工艺流程4.封装工艺说明1.芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整.2.扩片由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm.也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题.3.点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶.（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片.）工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求.由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项.4.备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上.备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺.5.手工刺片将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上.手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.6.自动装架自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶）,然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置,再安置在相应的支架位置上.自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整.在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层.7.烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良.银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时.根据实际情况可以调整到170℃，1小时.绝缘胶一般150℃，1小时.银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开.烧结烘箱不得再其他用途,防止污染.8.压焊压焊的目的将电极引到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。右图是铝丝压焊的过程，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.压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力.对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等.（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量.）我们在这里不再累述.9.点胶封装LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种.基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点.设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架.（一般的LED无法通过气密性试验）如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠.白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题.10.灌胶封装Lamp-LED的封装采用灌封的形式.灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型.11.模压封装将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化.12.固化与后固化固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时.模压封装一般在150℃，4分钟.13.后固化固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化.后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时.14.切筋和划片由于LED在生产中是连在一起的（不是单个）,Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作.15.测试测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选.16.包装将成品进行计数包装.超高亮LED需要防静电包装.10.LED的基本照明术语有哪些?答:常用照明术语光通量：符号Φ，单位流明Lm,说明发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量光强：符号I，单位坎德拉cd，说明发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量照度：符号E，单位勒克斯Lm/m2，说明发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度：符号L，单位尼脱cd/m2，说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量光效：单位每瓦流明Lm/w，说明电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示平均寿命：单位小时，说明指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数经济寿命：单位小时，说明在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十.色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温.光源色温不同,光色也不同,色温在3300K以下有稳重的气氛,温暖的感觉；色温在3000--5000K为中间色温,有爽快的感觉；色温在5000K以上有冷的感觉.不同光源的不同光色组成最佳环境,如表：色温5000k:光色为清凉型（带蓝的白色）,冷的气氛效果；色温在3300-5000K：光色为中间(白)，爽快的气氛效果；色温3300K：光色为温暖(带红的白色)，稳重的气氛效果.a.色温与亮度高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉.b.光色的对比在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获