發(fā)射管基礎(chǔ)知識

1、1會計學(xué)發(fā)射管基礎(chǔ)知識發(fā)射管基礎(chǔ)知識2紅外發(fā)射管基礎(chǔ)知識紅外發(fā)射管基礎(chǔ)知識 光是一種電磁波，它的波長區(qū)間從幾個納米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅光長的稱為紅外光。 紅外發(fā)射二級管由紅外輻射效率高的材料（常用砷鋁化鎵GaAlAs）制成PN結(jié)，外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長830950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，為普通CCD黑白攝像機可感受的范圍。 嚴(yán)格地講，術(shù)語LED

2、應(yīng)該僅應(yīng)用于發(fā)射可見光的二極管；發(fā)射近紅外輻射的二極管叫紅外發(fā)光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發(fā)射峰值波長在可見光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發(fā)光二極管；但是習(xí)慣上把上述三種半導(dǎo)體二極管統(tǒng)稱為發(fā)光二極管。 第1頁/共35頁3 基本原理 LED晶片的元素為III-V族化合半導(dǎo)體（周期表）IBIIBIIIIVVVIVIIB 硼硼CN 氮氮OFAl 鋁鋁SiP 磷磷SCLCuZn Ga鎵鎵Ge As 砷砷SeBrAgCd In 銦銦Sn Sb 銻銻TeI第2頁/共35頁4 材料的排列模式材料的排列模式: Si 原子內(nèi)各層的穩(wěn)定電子數(shù): 2, 8,

3、8, .個 矽的外層電子 數(shù)為4個電子第3頁/共35頁5 N-type的排列模式的排列模式: Si + As 在Si的排列中放入As,則將多出一個電子, 在結(jié)構(gòu)上是為帶負電(Negative),故定義為N-type.第4頁/共35頁6 P-type的排列模式的排列模式: Si + B 在Si的排列中放入B, 在結(jié)構(gòu)上將少一個電子, 可視為帶正電(Positive)的空域,稱為電洞(hole), 定義為P-type.第5頁/共35頁7 LED的符號 P層與N層之接合狀況第6頁/共35頁8 LED之通電狀況P極接正電, N極接負電, 則LED發(fā)光; 反之, 則不發(fā)光第7頁/共35頁9紅外LED的分

4、類l按外尺寸分類：3、5、8、10、食人魚、大功率等；l按角度分類：9度、15度、30度、45度、60度、80度等；l按功率分類：小功率、大功率。第8頁/共35頁10 紅外紅外LED的五大物料與五大製程的五大物料與五大製程五大物料五大物料五大製程五大製程晶片基材固晶銀膠金線銲線環(huán)氧樹脂封膠切腳測試LED示意圖第9頁/共35頁11q 晶片晶片 晶片是LED的核心部分，也就是發(fā)光的光源，紅外發(fā)射管也是一樣，亮度及電性的好壞主要取決于晶片。 發(fā)射管晶片的材質(zhì)是砷化鎵（GaAs）或者砷鋁化鎵（GaAlAs）所組成。發(fā)射管晶片的分類發(fā)射管晶片的分類 目前發(fā)射管晶片分類主要按波長及晶片尺寸大小來區(qū)分。一、

5、按波長分：830nm、850nm、880nm、940nm等。二、按晶片尺寸分：10mil、12mil、14mil、16mil、20mil、24mil、40mil等。提示：mil是尺寸單位，千分之一英寸。1mil=0.0254mm第10頁/共35頁12q支架支架 支架的材質(zhì)一般為鐵材，表面鍍銀。有時為了提高支架的散熱性，也采用銅材。支架一般分為碗杯型、平頭型 和特殊型。碗杯型利用凹鏡原理，主要用于聚光型LED，角度小；且碗杯的大小、深淺都會影響發(fā)光角度。第11頁/共35頁13 銀膠（Silver Epoxy）：我們通過加熱銀膠使之固化，達到把晶片粘固在支架上的目的，便于焊線作業(yè)。且銀膠還起到導(dǎo)電

6、的作用。 銀膠的主要成份是：銀粉、環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑。要低溫儲存，高溫固化（150/2H）。q銀膠銀膠q金線金線 金線（Gold Wire）：金線是用99.99%的工業(yè)用金拉絲而成的，其直徑為0.9-1.2mil（1mil=0.0254mm）。其主要作用是連接晶片與支架，且起導(dǎo)電作用。第12頁/共35頁14 環(huán)氧樹脂（Epoxy）：LED封裝用的膠體是一種環(huán)氧樹脂膠，它是一種雙組分膠。主劑是A膠，是環(huán)氧樹脂，固化劑是B膠，是酸酐類物質(zhì)。它的透光性、流動性良好。封裝膠體的顏色是通過加入色膠（色素）來改變的。色膠主要是由環(huán)氧樹脂和各種熱安定性的染料調(diào)配而成的。擴散劑是由料度分布極為均勻之高光

7、擴散性填充料（SiO2）和環(huán)氧樹脂所組成，它的功能是使晶片發(fā)出的光在樹脂內(nèi)均勻的擴散，使LED發(fā)出柔和一致的光度，同時會降低LED的亮度。q環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 模條（Mould）：其實就使用環(huán)氧樹脂成型的模具，也就是說LED的外觀尺寸就取決于模條的尺寸。q模條模條第13頁/共35頁15q發(fā)射管的主要參數(shù)發(fā)射管的主要參數(shù)極限參數(shù)的意義 1、允許功耗Pm：指允許加于LED兩端正向電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值會造成LED發(fā)熱以及損壞。2、最大瞬間電流IFP ：允許加到LED上的最大瞬間電流。只允許脈沖電流使用，且不能長時間點亮。 3、最大正向電流IFM：允許加到LED上的最大正向電流。使用

8、時超過此值會損壞LED。 目前我司對不同尺寸晶片此電流定為： 12mil的50mA、14mil的60mA 、16mil的80mA 、20mil的120mA 、40mil的450mA 。4、最大反向電壓VRm：允許加到LED上的最大反向電壓。使用時超過此值可能會擊穿LED。 5、工作溫度topm：指LED可正常工作的環(huán)境溫度范圍（-25-+70）。低于或高于此此溫度范圍，LED將不能正常工作，效率會大大降低。 第14頁/共35頁16光電特性參數(shù)光電特性參數(shù)1、光諳分布和峰值波長：某一個LED所發(fā)的光并非是單一波長的，如發(fā)射管850nm的波長如圖所示 p Peak Wavelength峰值波長主要

9、是量測設(shè)備針對每一波長量測光強度後所得的最高強度的波長 d Dominant Wavelength主要是量測設(shè)備針對每一波長量測光強度*視感度係數(shù)後所得的最高強度的波長 半頻寬值半頻寬值 為最高強度50%時的寬度Relative Intensity vs. Wavelength0.00.51.0700750800850900950Wavelength nm Relative Intensity20mA第15頁/共35頁17Wavelength vs. Forward Current8308408508608708801101001000Forward Current mA Wavelength

10、 nm 電流與波長的關(guān)系電流與波長的關(guān)系 在不同電流的情況下，發(fā)射管的波長是會不一樣的，一般是電流越大波長也越高。第16頁/共35頁18 紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度W/m2表示。一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。 2、發(fā)射功率及與電流的關(guān)系：Relative Radiant Intensity vs. DC Forward Current0.010.1110110100IFDC mA Relative R

11、adiant IntensityNormalized 20mA第17頁/共35頁193、發(fā)射角度1/2：在發(fā)光（或輻射）強度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強度大于最大強度一半構(gòu)成的角度。 晶片相同的兩顆發(fā)射管, 21/2愈大則Iv愈??；支架插入膠體越深表示角度就越大；影響發(fā)射管角度的還有支架碗杯大小深淺、模條的R角大小及晶片的大小高低等。第18頁/共35頁204、V-I特性：在正向電壓小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。只有當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加而發(fā)光。因為二極管的特性，反向是截止的，所以使用時極性插反是不會發(fā)光的。 當(dāng)電壓越過正向閾值電壓（不同的晶片此值是不一樣的）電流

12、開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高)會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設(shè)計和選擇時應(yīng)注意的問題。 第19頁/共35頁215、環(huán)境溫度對發(fā)射管的影響：Forward Voltage vs. Temperature0.80.91.01.11.2-40-20020406080Ambient Temperature C Forward Voltage 20mANormalize 25 C電壓與溫度的關(guān)系：在溫度升高的情況下，發(fā)射管

13、的電壓VF相對的會有所下降。第20頁/共35頁22Relative Intensity vs. Temperature0.00.51.01.52.02.53.0-40-20020406080Ambient Temperature C Relative Intensity 20mANormalize 25 C發(fā)射功率與溫度的關(guān)系：在溫度上升的情況，發(fā)射功率同樣也會有所下降的。第21頁/共35頁23發(fā)射管的串聯(lián)電路：即把發(fā)射管的正極連接負極幾顆串接起來的電路，一般在使用時加限流電阻。U=（U1+U2+U3+U4+U5+U6）+I*R I= U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）/R例如：客戶使

14、用電源電壓為DC12V，發(fā)射管的電壓VF=1.5V（IF=50mA），并且6顆相同電壓發(fā)射管串聯(lián)使用，若客戶使用電流也是50mA。問限流電阻用多大？ R= U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）/I=12-（1.5*6）/0.05=60 對此，只能是大概的算一下，客戶實際使用時電流是會有一定誤差的，因為發(fā)射管本身的電壓會有一個范圍的。6、紅外發(fā)射管的串并聯(lián)使用第22頁/共35頁24發(fā)射管的并聯(lián)電路：即把發(fā)射管的正極連接到一起負極連接到一起，且?guī)最w并排連接起來的電路，一般在使用時加限流電阻。 I=I1+I2+I3+I4 I1= U-（發(fā)射管的電壓）/R I2、I3、I4與I1同樣計算 并聯(lián)電

15、路的電壓是相同的，總電流是各支流的電流總和。而串聯(lián)電路是電流相同，總電壓是各元件電壓的總和。第23頁/共35頁25發(fā)射管的串并聯(lián)混和電路：正常發(fā)射管在應(yīng)用時就是用的既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電路。控制電路總I總=I1+I2+I3+I4I1=（U-控制電路損耗電壓-此組發(fā)射管電壓總和）/R1I2、I3、I4與I1同樣計算第24頁/共35頁26與客戶交往中所碰到的問題：與客戶交往中所碰到的問題：1、夜視效果不好或照射距離不夠：造成此現(xiàn)象的原因很多，如：A、紅外燈對攝像機、鏡頭、防護罩和供電系統(tǒng)配套性；B、發(fā)射管的角度大小，角度大就功率小，相對距離就要短，角度小功率會大，若與鏡頭配套不好又會形成明顯的手電筒

16、現(xiàn)象（即只看到中間亮邊上沒有亮度）；C、使用電流的大小，電流越大相對來說功率會越高也會照得越遠，但電流太大會損壞發(fā)射管的，對此看客戶使用什么樣的電流再決定送什么的產(chǎn)品給客戶（晶片尺寸越大相對來說電流也可以用得越大，功率也會越高。對此若是同樣電流的話，晶片大不一定功率會更大的，也就是說用越大的晶片一定要用更大電流才可以發(fā)揮其功效）；D、發(fā)射管本身功率確實比別人的低。第25頁/共35頁272、客戶使用時反映電流偏大或偏小：若是電流偏大的話，是發(fā)射管本身的電壓偏低，對此只是相對，比如說客戶設(shè)計時是按1.5電壓設(shè)計的電流是50mA，若發(fā)射管的電壓是1.4的時候，電流肯定就要越過50mA。若是電流太小，

17、則反之。針對此問題可以作以下的計算，以便各位能夠更好的理解：如圖電路，如果發(fā)射管的VF=1.5,按前面所算限流電阻為60,為了方便計算我們把發(fā)射管也轉(zhuǎn)換成電阻來計算。 如果發(fā)射管的VF=1.5V(IF=50mA=0.05A),其電阻R=U/I=1.5/0.05=30,其電流計算如下：I=U/R總=12/（60+30*6）=0.05(A)=50mA 如果發(fā)射管的VF=1.4V(IF=50mA= 0.05A),由于限流電阻是按VF=1.5V計算的,即要把此電壓轉(zhuǎn)換成1.5V，根據(jù)發(fā)射管的伏安特性曲線,此發(fā)射管在VF=1.5V時其IF會在80mA左右。其電阻R =U/I=1.5/0.08=18.75

18、 。其電流計算如下： I=U/R總=12/（60+18.75*6）=0.07(A)=70mA 因為發(fā)射管本身的伏安曲線比較陡直，即電壓稍變化電流變化就很大。對此客戶能夠使用定電流話,就沒有什么問題,一般都是定電壓使用的,對此可以通過改變限流電阻的方式來調(diào)整電流的大小。對此一定要與客戶溝通，我司發(fā)射管的電壓會存在一定范圍的，請其在使用時要注意電壓的等級，不要混和使用。第26頁/共35頁283、發(fā)射管燒壞或電壓上升：此現(xiàn)象一般是電流過大所損壞，造成電流過大的原因有：A、客戶本身設(shè)計時電流就已經(jīng)過大，對此在送樣時一定要提醒客戶的使用電流范圍；B、發(fā)射管本身的電壓偏低，對此只是相對，比如說客戶設(shè)計時是

19、按1.5-1.6V電壓設(shè)計的電流是50mA，若發(fā)射管的電壓是1.4-1.5V的時候，電流肯定就要越過50mA；C、客戶使用的電源不穩(wěn)定，而造成電源電壓偏高，致使發(fā)射管電流過大而損壞。4、客戶反映發(fā)射管亮度不一致：此現(xiàn)象主要是波長不一樣所致，波長越低視覺上會紅色就越亮，波長越高就越暗。對此我司已對波長進行分光，若客戶那邊還有此現(xiàn)象，有兩種可能：A、分光本身有混料或分光機有問題；B、客戶使用時混用（兩種波長的產(chǎn)品用在一起）。造成亮度不一致的原因還有：使用電流不一樣、支架碗杯的顏色不一樣，對此是由于的反光度造成視覺上感覺不一樣。第27頁/共35頁29第28頁/共35頁30 P-type的排列模式的排列模式: Si + B 在Si的排列中放入B, 在結(jié)構(gòu)上將少一個電子, 可視為帶正電(Positive)的空域,稱為電洞(hole), 定義為P-type.第29頁/共35頁31 P-type的排列模式的排列模式: Si + B 在Si的排列中放入B, 在結(jié)構(gòu)上將少一個電子, 可視為帶正電(Positive)的空域,稱為電洞(hole), 定義為P-type.第30頁/共35頁32光電特性參數(shù)光電特性參數(shù)1、光諳分布和峰值波長：某一個LED所