LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義

LED基礎(chǔ)知識/白光LED封裝陳志忠2019/8/31LED基礎(chǔ)知識/白光LED封裝1

伯樂達做的LED是A級！江蘇伯樂達光電科技有限公司JIangsuBrightOptoelectronicTechnologyCo.Ltd伯樂達－Bright！

2提綱LED基礎(chǔ)知識LED的概念，LED的發(fā)光原理LED的歷史LED的基本參數(shù)，LED的結(jié)構(gòu)，LED的產(chǎn)品分類，LED的產(chǎn)業(yè)鏈，白光LED封裝白光LED的概念，白光LED的優(yōu)點白光LED基本參數(shù)白光LED封裝的基本工藝白光LED的封裝技術(shù)提綱LED基礎(chǔ)知識白光LED封裝31.1LED基本概念LED是發(fā)光二極管LIGHTEMISSIONDIODE;LIGHTEMITTINGDIODE.LED是通過半導(dǎo)體PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)化成光能的器件+-1.1LED基本概念LED是發(fā)光二極管LIGHTEMIS4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)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。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。量子阱把經(jīng)過結(jié)區(qū)的電子空穴限制住，提高復(fù)合效率。1.2LED的基礎(chǔ)知識：基本原理PN結(jié)－》量子阱其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?1.3LED的基礎(chǔ)知識：歷史1.3LED的基礎(chǔ)知識：歷史61、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，效率0.1lm/W,比白熾燈低100倍，售價45$/只。2、1968年，LED的研發(fā)取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。3、1971年，GaP綠色芯片LED。用途：指示用，長壽命10萬小時，可靠4、80年代AlGaAs技術(shù)使得LED效率達到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技術(shù)使得LED效率達到100流明/瓦。用途：顯示，信號用。用于室外的運動信息發(fā)布以及汽車的高位剎車燈。1、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，效率0.175、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍色發(fā)光二極管。用途：由于藍光LED的出現(xiàn)，人們首次實現(xiàn)紅黃藍LED的全色顯示，從90年代中期開始，許多廣告、體育和娛樂場所開始應(yīng)用LED大屏幕顯示。6、2019年，中村修二和美國人修博特先后研制出了GaN藍色發(fā)光二極管激發(fā)黃光熒光粉得到白光LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亞報道了15lm/W白光LED，8、2019年，日亞報道的光效達到60lm/W，2019年3月，其光效達到100lm/W，9、2019年7月，Cree公司報道了130lm/W白光LED，10、2019年11月，日亞報道的光效達到150lm/W，其效率已經(jīng)超過節(jié)能燈，實現(xiàn)了真正意義上的照明。11、2019年3月，美國CREE公司光效達到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前進。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍色發(fā)光81.4.1基本參數(shù)－電學(xué)參數(shù)正向工作電壓VfIf反向漏電流IrVr功率P=Vf*If測量方法VfIfIrVr1.4.1基本參數(shù)－電學(xué)參數(shù)正向工作電壓VfIfVfIfI9峰值波長（lp，nm），半峰寬（FWHM，nm）色純度：反應(yīng)了單色光和白光的比例主波長（ld，nm），視覺函數(shù)（V（l））1.4.2光學(xué)參數(shù)峰值波長（lp，nm），半峰寬（FWHM，nm）1.4.210發(fā)光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）發(fā)光效率（Le，lm/W）當Lf=632∫V（l）Po（l）dl,當電功率全部轉(zhuǎn)化成光功率,最大的發(fā)光效率為632lm/W,若藍光激發(fā)熒光粉或三色LED混合得到白光,其效率小于300lm/W.發(fā)光強度(Iv,Lop，mcd）:單位立體角內(nèi)的光通量.照度(illumination，lm/m2,Lx）:單位面積上光通量，被照表面的明亮情況。亮度（luminance，Cd/m2)：單位面積上的發(fā)光強度。光源的明亮情況。發(fā)光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）發(fā)光效率（Le，11光通量與光強的關(guān)系LED的光強與角度有關(guān)系，而光通量與角度無關(guān)；發(fā)光角度為一半光強所夾的角（15o，30o，60o，90o，100o，120o，150o，180o）9006003000300600900LuminousOutput(mcd)若LED作為點光源，光通量F與光強IV的關(guān)系F=IV*2p*（1－cosq1/2)若60度發(fā)光角度光強為2000mcd,則光通量約為1.68lm但是光強隨著角度變化并不是常數(shù)，以上公式只能近似的計算光通量，實際的情況是光強隨著角度增大而減少。具體的數(shù)值需要通過配光曲線計算得到。光通量與光強的關(guān)系900600300121.4.3熱學(xué)參數(shù)與可靠性LED的結(jié)溫定義為LED的PN結(jié)的溫度，通常芯片具有很小的尺寸，因此通常把芯片的溫度等效結(jié)溫。結(jié)溫高將使得LED性能變差，失效。影響結(jié)溫的因素： 1）不良的器件結(jié)構(gòu)，大的串連電阻發(fā)熱； 2）封裝材料的熱阻，大的熱阻導(dǎo)致散熱的困難，材料 和導(dǎo)熱途徑； 3）發(fā)光效率低下，30％的電能轉(zhuǎn)化成光能，其他轉(zhuǎn)化 成電能； 4）環(huán)境的溫度和聯(lián)結(jié)材料，工藝。降低結(jié)溫與耐熱封裝材料是高可靠性LED的保證。1.4.3熱學(xué)參數(shù)與可靠性LED的結(jié)溫定義為LED的PN結(jié)13其他可靠性測試： 恒溫恒濕：高溫高濕測量其對高濕環(huán)境下的可靠性 高低溫循環(huán)：測試LED對晝夜和四季的適應(yīng)性 冷熱沖擊：測試其開關(guān)特性 高溫工作：加速老化，測試壽命 過錫試驗：深加工耐溫能力 大電流老化測試：比加溫更苛刻的老化條件，考慮 結(jié)溫分布不均勻性 ESD抗靜電擊穿能力：抗靜電能力其他可靠性測試：14LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義15LED壽命LED作為電子－空穴對復(fù)合發(fā)光，對半導(dǎo)體而言，理論上它的壽命是無限長的。10萬-100萬小時的壽命概念源于半導(dǎo)體的性能。使用壽命則是指能夠發(fā)揮作用的壽命，一般當光衰超過50％,LED的壽命就到期了。浴盆效應(yīng)：初期和后期失效率較高，初始工作還會出現(xiàn)性能高低起伏的退火期,而中間期大多數(shù)器件能夠正常工作。在同一批LED樣本中，統(tǒng)計失效率來評價整體器件水平。在規(guī)定時間內(nèi)，失效率越低，可靠性越好。LED壽命16壽命的測試方法LED的光衰一般遵循以下規(guī)律： I=I0*EXP（-t/t）時間常數(shù)t與溫度有關(guān)系，在一定的時間內(nèi)分別測得溫度T1對應(yīng)的時間常數(shù)t1，T2對應(yīng)的t2。我們把LED失效的因素歸結(jié)于一個激活能Ea，則有t=t0*EXP（-Ea/KT）根據(jù)上面T1，T2對應(yīng)的兩個時間常數(shù)t1，t2則可得到t0與Ea的值，這樣我們就可以求得一定結(jié)溫下的壽命值。以上的溫度均指結(jié)溫。壽命的測試方法LED的光衰一般遵循以下規(guī)律：171.5LED結(jié)構(gòu)1.5LED結(jié)構(gòu)18LumiledsPackagingLumiledsPackaging19GaN-LED芯片的基本結(jié)構(gòu)InGaNMQWactivelayerSapphiresubstratep-electrode(Ni/Au)p-electrode(Ni/Au)p-GaNlayern-GaNlayerGaNbufferlayern-electrode(Ti/Al)GaN-LED芯片的基本結(jié)構(gòu)InGaNMQWactive20芯片基本結(jié)構(gòu):flip-chip芯片基本結(jié)構(gòu):flip-chip21芯片基本結(jié)構(gòu):SiC垂直結(jié)構(gòu)芯片基本結(jié)構(gòu):SiC垂直結(jié)構(gòu)22CuHeatSinkingAgReflectorTransparentohmiccontactP-GaNInGaN/GaNMQWN-GaNITOcontactlayerN-electrodepad芯片基本結(jié)構(gòu):金屬襯底、垂直結(jié)構(gòu)CuHeatSinkingAgReflectorTra23按發(fā)光顏色分：可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。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。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。從發(fā)光強度角分布圖來分有三類：（1）高指向性。半值角為5°～20°或更小。

（2）標準型。其半值角為20°～45°。

（3）大角度。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)。按發(fā)光強度和工作電流分

:有普通亮度的LED（發(fā)光強度<10mcd）；超高亮度的LED（發(fā)光強度>100mcd）；把發(fā)光強度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。

1.6LED分類按發(fā)光顏色分：可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純24LED分類數(shù)碼管

(Display)大功率

(HighPowerLed)貼片

(SMD)食人魚

(P4)普通LED

(P2)LED分類數(shù)碼管

(Display)大功率

(HighPo25LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義26LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義271.7LED產(chǎn)業(yè)鏈LED設(shè)備，原材料：MOCVD，激光劃片機，檢測設(shè)備上游：材料生長，結(jié)構(gòu)設(shè)計；亮度，波長，正向電壓，可靠性；外延片2”中游：芯片制備；正向電壓，出光，可靠性；芯片：0.3mm-1.5mm下游：封裝；出光效率，正向電壓，可靠性，散熱；LEDlamp,SMT,highpower，數(shù)碼管等應(yīng)用產(chǎn)品：燈具，工程；出光效率，散熱，美學(xué)設(shè)計，建筑，文化等；裝飾照明，路燈，LCD背光，車燈，太陽燈，普通照明，特種照明1.7LED產(chǎn)業(yè)鏈LED設(shè)備，原材料：MOCVD，激光劃片28產(chǎn)業(yè)鏈上游中游下游材料體系襯底等原材料外延芯片封裝應(yīng)用AlGaInP中科鎵英：GaAs廈門三安、山東華光、河北匯能、廣東福地、廣東普光、北京圣科佳佛山國星、廈門華聯(lián)、寧波升普、深圳量子、河北鑫谷、江蘇伯樂達、江蘇穩(wěn)潤、天津天星、江蘇奧雷、杭州創(chuàng)元、福日科光北京利亞德、西安青松、上海三思、南京洛普、深圳海洋王、深圳珈偉、廈門通士達、江蘇伯樂達、江蘇鴻聯(lián)南大光電：MO源南昌欣磊、上海金橋大晨、深圳奧倫德、河北立德GaN中科嘉浦、深圳淼浩：藍寶石廈門三安、上海藍光、深圳方大、大連路美、江西聯(lián)創(chuàng)、上海藍寶、北京長電、廣東福地、廣東普光南大光電：MO源北京睿源大連光明化工、大連科利德：高純氨氣產(chǎn)業(yè)鏈上游中游下游材料體系襯底等原材料外延芯片封裝應(yīng)用AlG29白光LED的概念，白光LED的優(yōu)點白光LED基本參數(shù)白光LED封裝的基本工藝白光LED的封裝技術(shù)二、白光LED封裝白光LED的概念，二、白光LED封裝302.1白光LED的概念三基色通過適當?shù)幕旌夏墚a(chǎn)生所有的顏色，同樣絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍三種色光，這就是色度學(xué)中最基本原理——三基色原理。2.1白光LED的概念三基色通過適當?shù)幕旌夏墚a(chǎn)生所有的顏色31LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義32LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義33實現(xiàn)白光的四種方式：實現(xiàn)白光的四種方式：34圖15.級聯(lián)型GaN基白光LED的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖16.級聯(lián)型級聯(lián)型GaN基白光LED的電致發(fā)光光譜4、直接發(fā)白光的技術(shù)圖15.級聯(lián)型GaN基白光LED的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖16.級聯(lián)型級聯(lián)35節(jié)能:10倍白熾燈;2倍日光燈,一年節(jié)約一個三峽的發(fā)電量:870億度2.2白光LED照明的優(yōu)勢節(jié)能:10倍白熾燈;2倍日光燈,一年節(jié)約一個三峽的發(fā)電量:36環(huán)保減少溫室氣體排量:減少CO2排量1.12億噸/年.減少水銀等有害廢棄物對環(huán)境的污染無頻閃(直流工作)無紅外\紫外線成分環(huán)保減少溫室氣體排量:減少CO2排量1.12億噸/年.37安全低電壓、節(jié)能手機、筆記本等移動電器的背光源與太陽能電池合用，不需要高壓逆變器（庭院燈，草坪燈，缺電地區(qū)照明）礦燈礦井坑道燈特殊環(huán)境：監(jiān)獄，精神病院安全低電壓、節(jié)能手機、筆記本等移動電器的背光源38堅固、壽命長防爆燈具軍用燈具耐腐蝕環(huán)境使用車燈景觀照明堅固、壽命長防爆燈具39模擬日光的變化對生物節(jié)律的影響延長花期，改變農(nóng)作物的生長周期，提高產(chǎn)量改變?nèi)梭w節(jié)律，提高運動員成績，夜班工人工作效率人文關(guān)懷的綠色照明（晝夜節(jié)律）模擬日光的變化對生物節(jié)律的影響延長花期，改變農(nóng)作物的生長周期402.3白光LED的基本參數(shù)1）電學(xué)參數(shù)2）光學(xué)參數(shù)3）可靠性參數(shù)4）色度學(xué)參數(shù)：色品圖CIE1931,色坐標，色溫，顯色指數(shù)2.3白光LED的基本參數(shù)1）電學(xué)參數(shù)41色品圖CIE1931,色坐標，1931年國際照明委員會確認三刺激值作為顏色的基準色，其他顏色可以從三刺激組合而成，因為三個坐標值之和X+Y+Z=1,所以色坐標往往用（x，y）表示。色溫：與光源有相同光色的絕對黑體的溫度值。此溫度值對應(yīng)色品圖上的普朗克曲線。但一般光源不會正好落在這條線上，因此光源的色溫用相對色溫表示，經(jīng)驗公式如下：顯色指數(shù)：光源還原被照射物體顏色的能力。式中，，

色品圖CIE1931,色坐標，式中，，422.4白光LED封裝的基本工藝1、固晶：芯片粘在支架上粘接膠體的選擇，芯片的位置，膠體的多少烘烤的溫度，時間。共晶焊，壓力，功率，溫度，時間，表面處理。主要設(shè)備：自動固晶機asm，烘箱，等離子體清洗機，擴晶機，干燥箱2、焊線：壓力，功率，溫度，時間焊球的大小，一焊，二焊，拱絲的弧度，劈刀的型號，金絲的尺寸。主要設(shè)備：eagle60/V2.4白光LED封裝的基本工藝1、固晶：芯片粘在支架上433、點熒光粉：樹脂的種類，A：B膠，熒光粉的比例，分散，表面修飾，脫泡，點膠的方法。烘烤的方式，溫度，時間。主要設(shè)備：Asymtek自動點膠機，宜極邦4、樹脂密封：樹脂的配比，模條的選擇，封裝的角度，芯片的位置。主要設(shè)備：自動封膠機5、長烤，提高老化性能6、沖切，一切，二切，設(shè)備：液壓沖床，全切機7、老化、壽命測試。設(shè)備：恒溫恒濕機，高低溫沖擊，鹽霧機，老化臺，熱分析儀，熱阻測試儀。8、測試、分揀，根據(jù)不同的色度，光學(xué)，電學(xué)參數(shù)。主要設(shè)備：自動測試分揀機9、包裝。主要設(shè)備：包裝機，回流焊機，貼片機等3、點熒光粉：樹脂的種類，A：B膠，熒光粉的比例，分散，表面442.5白光LED的封裝技術(shù)2.5.1白光LED的提高發(fā)光效率技術(shù)1）熒光粉的選擇相對亮度：不同廠家的熒光粉的吸收效率和轉(zhuǎn)化效率相差很大。相對亮度高的熒光粉將大大提高白光發(fā)光效率。顆粒度：尺寸和分布，顆粒大的易發(fā)生沉淀。顆粒不均勻也影響效率。老化特性：能夠耐溫度，耐紫外照射。激發(fā)波長和發(fā)射波長：熒光粉的激發(fā)波長是獲得最大熒光轉(zhuǎn)換效率的LED主波長；發(fā)射波長則是在該激發(fā)波長下熒光的峰值波長。2.5白光LED的封裝技術(shù)2.5.1白光LED的提高發(fā)光效452）熒光粉的配比及膠量控制；白光膠體的選擇2）熒光粉的配比及膠量控制；白光膠體的選擇463）熒光粉的涂覆方式3）熒光粉的涂覆方式47建議Lens點透明膠填至此處一樣高即可建議phosphors點膠至此黃色處杯口在凸一點點建議Lens點透明膠建議phosphors點膠至此黃色處杯口484）封裝膠體的選擇全反射、高折射率材料、變折射率材料GaN/air全反射角21.8o，透光率1/2n2~8%Epoxy/air全反射角35.70，透光率~22%4）封裝膠體的選擇GaN/air全反射角21.8o，透光率149n1n2n3n4n1n2n3n4505）絕緣膠與反射杯絕緣膠可以使得射向底部的光線通過反射杯反射出來，可以提高光效20－30％。5）絕緣膠與反射杯絕緣膠可以使得射向底部的光線通過反射杯反射511、固晶方法：高導(dǎo)熱的固晶膠＋底面反射鏡共晶焊方法，倒裝焊方法6）降低結(jié)溫2、支架的材料和散熱途徑。3、使用時有效散熱。1、固晶方法：高導(dǎo)熱的固晶膠＋底面反射鏡6）降低結(jié)溫2、支架522.5.2白光LED的光色一致性的技術(shù)點膠工藝配膠：攪拌＋脫泡自動配膠，行星式熒光粉的使用時間熒光粉的顆粒和白光膠體中的抗沉淀劑固化的溫度和時間白光分BIN的標準2.5.2白光LED的光色一致性的技術(shù)點膠工藝53熒光粉和色區(qū)的劃分熒光粉和色區(qū)的劃分542.5.3白光LED的可靠性技術(shù)1）結(jié)溫的降低2）銀膠的導(dǎo)熱與玻璃化溫度，膨脹系數(shù)與封裝膠體的匹配3）膠體的老化： 封裝膠體的耐溫特性 抗紫外特性 吸水透氣性 與金屬、芯片的黏附性 熱脹系數(shù)的匹配4）熒光粉的老化 熒光粉的耐溫特性 中間隔離膠層隔開熒光粉與芯片直接接觸5）可靠性，壽命的模型及測試，對可靠性的持續(xù)改進。4000H-100000H!2.5.3白光LED的可靠性技術(shù)1）結(jié)溫的降低55討論時間討論時間562）熒光粉的配比及膠量控制；白光膠體的選擇2）熒光粉的配比及膠量控制；白光膠體的選擇573）熒光粉的涂覆方式3）熒光粉的涂覆方式58建議Lens點透明膠填至此處一樣高即可建議phosphors點膠至此黃色處杯口在凸一點點建議Lens點透明膠建議phosphors點膠至此黃色處杯口594）封裝膠體的選擇全反射、高折射率材料、變折射率材料GaN/air全反射角21.8o，透光率1/2n2~8%Epoxy/air全反射角35.70，透光率~22%4）封裝膠體的選擇GaN/air全反射角21.8o，透光率160n1n2n3n4n1n2n3n4615）絕緣膠與反射杯絕緣膠可以使得射向底部的光線通過反射杯反射出來，可以提高光效20－30％。5）絕緣膠與反射杯絕緣膠可以使得射向底部的光線通過反射杯反射621、固晶方法：高導(dǎo)熱的固晶膠＋底面反射鏡共晶焊方法，倒裝焊方法6）降低結(jié)溫2、支架的材料和散熱途徑。3、使用時有效散熱。1、固晶方法：高導(dǎo)熱的固晶膠＋底面反射鏡6）降低結(jié)溫2、支架632.5.2白光LED的光色一致性的技術(shù)點膠工藝配膠：攪拌＋脫泡自動配膠，行星式熒光粉的使用時間熒光粉的顆粒和白光膠體中的抗沉淀劑固化的溫度和時間白光分BIN的標準2.5.2白光LED的光色一致性的技術(shù)點膠工藝64熒光粉和色區(qū)的劃分熒光粉和色區(qū)的劃分652.5.3白光LED的可靠性技術(shù)1）結(jié)溫的降低2）銀膠的導(dǎo)熱與玻璃化溫度，膨脹系數(shù)與封裝膠體的匹配3）膠體的老化： 封裝膠體的耐溫特性 抗紫外特性 吸水透氣性 與金屬、芯片的黏附性 熱脹系數(shù)的匹配4）熒光粉的老化 熒光粉的耐溫特性 中間隔離膠層隔開熒光粉與芯片直接接觸5）可靠性，壽命的模型及測試，對可靠性的持續(xù)改進。4000H-100000H!2.5.3白光LED的可靠性技術(shù)1）結(jié)溫的降低66討論時間討論時間67LED基礎(chǔ)知識/白光LED封裝陳志忠2019/8/31LED基礎(chǔ)知識/白光LED封裝68

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69提綱LED基礎(chǔ)知識LED的概念，LED的發(fā)光原理LED的歷史LED的基本參數(shù)，LED的結(jié)構(gòu)，LED的產(chǎn)品分類，LED的產(chǎn)業(yè)鏈，白光LED封裝白光LED的概念，白光LED的優(yōu)點白光LED基本參數(shù)白光LED封裝的基本工藝白光LED的封裝技術(shù)提綱LED基礎(chǔ)知識白光LED封裝701.1LED基本概念LED是發(fā)光二極管LIGHTEMISSIONDIODE;LIGHTEMITTINGDIODE.LED是通過半導(dǎo)體PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)化成光能的器件+-1.1LED基本概念LED是發(fā)光二極管LIGHTEMIS71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。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。量子阱把經(jīng)過結(jié)區(qū)的電子空穴限制住，提高復(fù)合效率。1.2LED的基礎(chǔ)知識：基本原理PN結(jié)－》量子阱其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?21.3LED的基礎(chǔ)知識：歷史1.3LED的基礎(chǔ)知識：歷史731、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，效率0.1lm/W,比白熾燈低100倍，售價45$/只。2、1968年，LED的研發(fā)取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。3、1971年，GaP綠色芯片LED。用途：指示用，長壽命10萬小時，可靠4、80年代AlGaAs技術(shù)使得LED效率達到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技術(shù)使得LED效率達到100流明/瓦。用途：顯示，信號用。用于室外的運動信息發(fā)布以及汽車的高位剎車燈。1、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，效率0.1745、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍色發(fā)光二極管。用途：由于藍光LED的出現(xiàn)，人們首次實現(xiàn)紅黃藍LED的全色顯示，從90年代中期開始，許多廣告、體育和娛樂場所開始應(yīng)用LED大屏幕顯示。6、2019年，中村修二和美國人修博特先后研制出了GaN藍色發(fā)光二極管激發(fā)黃光熒光粉得到白光LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亞報道了15lm/W白光LED，8、2019年，日亞報道的光效達到60lm/W，2019年3月，其光效達到100lm/W，9、2019年7月，Cree公司報道了130lm/W白光LED，10、2019年11月，日亞報道的光效達到150lm/W，其效率已經(jīng)超過節(jié)能燈，實現(xiàn)了真正意義上的照明。11、2019年3月，美國CREE公司光效達到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前進。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍色發(fā)光751.4.1基本參數(shù)－電學(xué)參數(shù)正向工作電壓VfIf反向漏電流IrVr功率P=Vf*If測量方法VfIfIrVr1.4.1基本參數(shù)－電學(xué)參數(shù)正向工作電壓VfIfVfIfI76峰值波長（lp，nm），半峰寬（FWHM，nm）色純度：反應(yīng)了單色光和白光的比例主波長（ld，nm），視覺函數(shù)（V（l））1.4.2光學(xué)參數(shù)峰值波長（lp，nm），半峰寬（FWHM，nm）1.4.277發(fā)光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）發(fā)光效率（Le，lm/W）當Lf=632∫V（l）Po（l）dl,當電功率全部轉(zhuǎn)化成光功率,最大的發(fā)光效率為632lm/W,若藍光激發(fā)熒光粉或三色LED混合得到白光,其效率小于300lm/W.發(fā)光強度(Iv,Lop，mcd）:單位立體角內(nèi)的光通量.照度(illumination，lm/m2,Lx）:單位面積上光通量，被照表面的明亮情況。亮度（luminance，Cd/m2)：單位面積上的發(fā)光強度。光源的明亮情況。發(fā)光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）發(fā)光效率（Le，78光通量與光強的關(guān)系LED的光強與角度有關(guān)系，而光通量與角度無關(guān)；發(fā)光角度為一半光強所夾的角（15o，30o，60o，90o，100o，120o，150o，180o）9006003000300600900LuminousOutput(mcd)若LED作為點光源，光通量F與光強IV的關(guān)系F=IV*2p*（1－cosq1/2)若60度發(fā)光角度光強為2000mcd,則光通量約為1.68lm但是光強隨著角度變化并不是常數(shù)，以上公式只能近似的計算光通量，實際的情況是光強隨著角度增大而減少。具體的數(shù)值需要通過配光曲線計算得到。光通量與光強的關(guān)系900600300791.4.3熱學(xué)參數(shù)與可靠性LED的結(jié)溫定義為LED的PN結(jié)的溫度，通常芯片具有很小的尺寸，因此通常把芯片的溫度等效結(jié)溫。結(jié)溫高將使得LED性能變差，失效。影響結(jié)溫的因素： 1）不良的器件結(jié)構(gòu)，大的串連電阻發(fā)熱； 2）封裝材料的熱阻，大的熱阻導(dǎo)致散熱的困難，材料 和導(dǎo)熱途徑； 3）發(fā)光效率低下，30％的電能轉(zhuǎn)化成光能，其他轉(zhuǎn)化 成電能； 4）環(huán)境的溫度和聯(lián)結(jié)材料，工藝。降低結(jié)溫與耐熱封裝材料是高可靠性LED的保證。1.4.3熱學(xué)參數(shù)與可靠性LED的結(jié)溫定義為LED的PN結(jié)80其他可靠性測試： 恒溫恒濕：高溫高濕測量其對高濕環(huán)境下的可靠性 高低溫循環(huán)：測試LED對晝夜和四季的適應(yīng)性 冷熱沖擊：測試其開關(guān)特性 高溫工作：加速老化，測試壽命 過錫試驗：深加工耐溫能力 大電流老化測試：比加溫更苛刻的老化條件，考慮 結(jié)溫分布不均勻性 ESD抗靜電擊穿能力：抗靜電能力其他可靠性測試：81LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義82LED壽命LED作為電子－空穴對復(fù)合發(fā)光，對半導(dǎo)體而言，理論上它的壽命是無限長的。10萬-100萬小時的壽命概念源于半導(dǎo)體的性能。使用壽命則是指能夠發(fā)揮作用的壽命，一般當光衰超過50％,LED的壽命就到期了。浴盆效應(yīng)：初期和后期失效率較高，初始工作還會出現(xiàn)性能高低起伏的退火期,而中間期大多數(shù)器件能夠正常工作。在同一批LED樣本中，統(tǒng)計失效率來評價整體器件水平。在規(guī)定時間內(nèi)，失效率越低，可靠性越好。LED壽命83壽命的測試方法LED的光衰一般遵循以下規(guī)律： I=I0*EXP（-t/t）時間常數(shù)t與溫度有關(guān)系，在一定的時間內(nèi)分別測得溫度T1對應(yīng)的時間常數(shù)t1，T2對應(yīng)的t2。我們把LED失效的因素歸結(jié)于一個激活能Ea，則有t=t0*EXP（-Ea/KT）根據(jù)上面T1，T2對應(yīng)的兩個時間常數(shù)t1，t2則可得到t0與Ea的值，這樣我們就可以求得一定結(jié)溫下的壽命值。以上的溫度均指結(jié)溫。壽命的測試方法LED的光衰一般遵循以下規(guī)律：841.5LED結(jié)構(gòu)1.5LED結(jié)構(gòu)85LumiledsPackagingLumiledsPackaging86GaN-LED芯片的基本結(jié)構(gòu)InGaNMQWactivelayerSapphiresubstratep-electrode(Ni/Au)p-electrode(Ni/Au)p-GaNlayern-GaNlayerGaNbufferlayern-electrode(Ti/Al)GaN-LED芯片的基本結(jié)構(gòu)InGaNMQWactive87芯片基本結(jié)構(gòu):flip-chip芯片基本結(jié)構(gòu):flip-chip88芯片基本結(jié)構(gòu):SiC垂直結(jié)構(gòu)芯片基本結(jié)構(gòu):SiC垂直結(jié)構(gòu)89CuHeatSinkingAgReflectorTransparentohmiccontactP-GaNInGaN/GaNMQWN-GaNITOcontactlayerN-electrodepad芯片基本結(jié)構(gòu):金屬襯底、垂直結(jié)構(gòu)CuHeatSinkingAgReflectorTra90按發(fā)光顏色分：可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。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。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。從發(fā)光強度角分布圖來分有三類：（1）高指向性。半值角為5°～20°或更小。

（2）標準型。其半值角為20°～45°。

（3）大角度。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)。按發(fā)光強度和工作電流分

:有普通亮度的LED（發(fā)光強度<10mcd）；超高亮度的LED（發(fā)光強度>100mcd）；把發(fā)光強度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。

1.6LED分類按發(fā)光顏色分：可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純91LED分類數(shù)碼管

(Display)大功率

(HighPowerLed)貼片

(SMD)食人魚

(P4)普通LED

(P2)LED分類數(shù)碼管

(Display)大功率

(HighPo92LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義93LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義941.7LED產(chǎn)業(yè)鏈LED設(shè)備，原材料：MOCVD，激光劃片機，檢測設(shè)備上游：材料生長，結(jié)構(gòu)設(shè)計；亮度，波長，正向電壓，可靠性；外延片2”中游：芯片制備；正向電壓，出光，可靠性；芯片：0.3mm-1.5mm下游：封裝；出光效率，正向電壓，可靠性，散熱；LEDlamp,SMT,highpower，數(shù)碼管等應(yīng)用產(chǎn)品：燈具，工程；出光效率，散熱，美學(xué)設(shè)計，建筑，文化等；裝飾照明，路燈，LCD背光，車燈，太陽燈，普通照明，特種照明1.7LED產(chǎn)業(yè)鏈LED設(shè)備，原材料：MOCVD，激光劃片95產(chǎn)業(yè)鏈上游中游下游材料體系襯底等原材料外延芯片封裝應(yīng)用AlGaInP中科鎵英：GaAs廈門三安、山東華光、河北匯能、廣東福地、廣東普光、北京圣科佳佛山國星、廈門華聯(lián)、寧波升普、深圳量子、河北鑫谷、江蘇伯樂達、江蘇穩(wěn)潤、天津天星、江蘇奧雷、杭州創(chuàng)元、福日科光北京利亞德、西安青松、上海三思、南京洛普、深圳海洋王、深圳珈偉、廈門通士達、江蘇伯樂達、江蘇鴻聯(lián)南大光電：MO源南昌欣磊、上海金橋大晨、深圳奧倫德、河北立德GaN中科嘉浦、深圳淼浩：藍寶石廈門三安、上海藍光、深圳方大、大連路美、江西聯(lián)創(chuàng)、上海藍寶、北京長電、廣東福地、廣東普光南大光電：MO源北京睿源大連光明化工、大連科利德：高純氨氣產(chǎn)業(yè)鏈上游中游下游材料體系襯底等原材料外延芯片封裝應(yīng)用AlG96白光LED的概念，白光LED的優(yōu)點白光LED基本參數(shù)白光LED封裝的基本工藝白光LED的封裝技術(shù)二、白光LED封裝白光LED的概念，二、白光LED封裝972.1白光LED的概念三基色通過適當?shù)幕旌夏墚a(chǎn)生所有的顏色，同樣絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍三種色光，這就是色度學(xué)中最基本原理——三基色原理。2.1白光LED的概念三基色通過適當?shù)幕旌夏墚a(chǎn)生所有的顏色98LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義99LED基礎(chǔ)知識LED光源的封裝講義100實現(xiàn)白光的四種方式：實現(xiàn)白光的四種方式：101圖15.級聯(lián)型GaN基白光LED的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖16.級聯(lián)型級聯(lián)型GaN基白光LED的電致發(fā)光光譜4、直接發(fā)白光的技術(shù)圖15.級聯(lián)型GaN基白光LED的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖16.級聯(lián)型級聯(lián)102節(jié)能:10倍白熾燈;2倍日光燈,一年節(jié)約一個三峽的發(fā)電量:870億度2.2白光LED照明的優(yōu)勢節(jié)能:10倍白熾燈;2倍日光燈,一年節(jié)約一個三峽的發(fā)電量:103環(huán)保減少溫室氣體排量:減少CO2排量1.12億噸/年.減少水銀等有害廢棄物對環(huán)境的污染無頻閃(直流工作)無紅外\紫外線成分環(huán)保減少溫室氣體排量:減少CO2排量1.12億噸/年.104安全低電壓、節(jié)能手機、筆記本等移動電器的背光源與太陽能電池合用，不需要高壓逆變器（庭院燈，草坪燈，缺電地區(qū)照明）礦燈礦井坑道燈特殊環(huán)境：監(jiān)獄，精神病院安全低電壓、節(jié)能手機、筆記本等移動電器的背光源105堅固、壽命長防爆燈具軍用燈具耐腐蝕環(huán)境使用車燈景觀照明堅固、壽命長防爆燈具106模擬日光的變化對生物節(jié)律的影響延長花期，改變農(nóng)作物的生長周期，提高產(chǎn)量改變?nèi)梭w節(jié)律，提高運動員成績，夜班工人工作效率人文關(guān)懷的綠色照明（晝夜節(jié)律）模擬日光的變化對生物節(jié)律的影響延長花期，改變農(nóng)作物的生長周期1072.3白光LED的基本參數(shù)1）電學(xué)參數(shù)2）光學(xué)參數(shù)3）可靠性參數(shù)4）色度學(xué)參數(shù)：色品圖CIE1931,色坐標，色溫，顯色指數(shù)2.3白光LED的基本參數(shù)1）電學(xué)參數(shù)108色品圖CIE1931,色坐標，1931年國際照明委員會確認三刺激值作為顏色的基準色，其他顏色可以從三刺激組合而成，因為三個坐標值之和X+Y+Z=1,所以色坐標往往用（x，y）表示。色溫：與光源有相同光色的絕對黑體的溫度值。此溫度值對應(yīng)色品圖上的普朗克曲線。但一般光源不會正好落在這條線上，因此光源的色溫用相對色溫表示，經(jīng)驗公式如下：顯色指數(shù)：光源還原被照射物體顏色的能力。式中，，

色品圖CIE1931,色坐標，式中，，1092.4白光LED封裝的基本工藝1、固晶：芯片粘在支架上粘接膠體的選擇，芯片的位置，膠體的多少烘烤的溫度，時間。共晶焊，壓力，功率，溫度，時間，表面處理。主要設(shè)備：自動固晶機asm，烘箱，等離子體清洗機，擴晶機，干燥箱2、焊線：壓力，功率，溫度，時間焊球的大小，一焊，二焊，拱絲的弧度，劈刀的型號，金絲的尺寸。主要設(shè)備：eagle60/V2.4白光LED封裝的基本工藝1、固晶：芯片粘在支架上1103、點熒光粉：樹脂的種類，A：B膠，熒光粉的比例，分散，表面修飾，脫泡，點膠的方法。烘烤的方式，溫度，時間。主要設(shè)備：Asymtek自動點膠機，宜極邦4、樹脂密封：樹脂的配比，模條的選擇，封裝的角度，芯片的位置。主要設(shè)備：自動封膠機5、長烤，提高老化性能6、沖切，一切，二切，設(shè)備：液壓沖床，全切機7、老化、壽命測試。設(shè)備：恒溫恒濕機，高低溫沖擊，鹽霧機，老化臺，熱分析儀，熱阻測試儀。8、測試、分揀，根據(jù)不同的色度，光學(xué)，電學(xué)參數(shù)。主要設(shè)備：自動測試分揀機9、包裝。主要設(shè)備：包裝機，回流焊機，貼片機等3、點熒光粉：樹脂的種類，A：B膠，熒光粉的比例，分散，表面1112.5白光LED的封裝技術(shù)2.5.1白光LED的提高發(fā)光效率技術(shù)1）熒光粉的選擇相對亮度：不同廠家的熒光粉的吸收效率和轉(zhuǎn)化效率相差很大。相對亮度高的熒光粉將大大提高白光發(fā)光效率。顆粒度：尺寸和分布，顆粒大的易發(fā)生沉淀。顆粒不均勻也影響效率。老化特性：能夠耐溫度，耐紫外照射。激發(fā)波長和發(fā)射波長：熒光粉的激發(fā)波長是獲得最大熒光轉(zhuǎn)換效率的LED主波長；發(fā)射波長則是在該激發(fā)波長下熒光的峰值波長。2.5白光LED的封裝技術(shù)2.5.1白光LED的提高發(fā)光效1122）熒光粉的配比及膠量控制；白光膠體的選擇2）熒光粉