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分享LED灯具专业知识

发表时间:2018-12-12 09:21

  1.LED 是什么 ?

  LED 是英文 Light Emitting Diode, 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 )?

  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 ?

  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 ?

  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 ?

  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 ?

  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 ?

  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 ?

  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 ?

  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**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 .


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  (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.

  以上就是为大家分享的内容,希望对大家有所帮助。


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