LTCC培训教材

1、LED以及LTCC培训教材1、什么叫LED?英文缩写 LED = Light Emitting Diode 指发光二极管，是一种能将电能转化为可见光的固体的半导体器件，也叫固态光源。2、LED的发光原理2.1 P型半导体：也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。2.2 N型半导体：也称为电子型半导体。N型半导体即自由电

2、子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。在纯净的硅晶体中掺入族元素（如磷、砷、锑等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。这类杂质提供了带负电的电子载流子，称他们为施主杂质或N型杂质。在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。2.3 PN结：指在一块P型（或N型）半导体上在制成一层N型(或P型)半导体，于是在P型半导体和N型半导体的交界处就会形成一个PN结。如图所示发光原理：当在结上加正向电压（即P区加电源正极，N区加电源负极）时（正向偏置），PN结内部电场减

3、弱，N区中的电子和P区中的空穴都容易通过，因而电流较大，通过的空穴与电子在PN结交界处复合产生2个光子（发光）。当外加电压相反时，PN结内部电场增强，只有原N区中的少数空穴和P区中的少数电子能够通过，因而电流很小。因此PN结具有整流作用（正向偏置导通，反向偏置截止）。当具有PN结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，P区的电子移到N区，N区的空穴移到P区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。这现象称为PN结的光生伏特效应。由于这些特性，用PN结可制成半导体二极管和光电池（太阳能电池）等器件。当在PN结上加以反向电压（N区加在电源正极，P区加在电源负极）时（反向

4、偏置），电压在一定范围内，由于无法抵消PN结内部电场，PN结几乎不通过电流，但当加在PN结上的反向电压越过某一数值（门阀电压）时，发生电流突然增大的现象。这时P-N结被击穿。P-N结被击穿后便失去其单向导电的性能，但结并不一定损坏，此时将反向电压降低，它的性能还可以恢复。根据其内在的物理过程，pn结击穿可分为雪崩击穿和隧道击穿两种。由于pn结具有这种特性，一方面可以用它制造半导体二极管，使之工作在一定电压范围之内作整流器等；另方面因击穿后并不损坏而可用来制造稳压管或开关管等器件。3、 什么叫LTCC？ LTCC的是Low Temperature Co-fired Ceramic 的英文缩写，意

5、思为低温共烧陶瓷。是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷、叠层、烧结等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。 LTCC的特点第一：优良的高频高Q特性；第二，高品质因子；第三，可适应大电流及耐高温特性要求，

6、第四：比PCB电路基板优良的热传导性；第五：可将无源组件埋入多层电路基板中，有利于提高电路的组装密度；第六：具有较好的温度特性，如较小的热膨胀系数、较小的介电常数、温度系数，可以制作层数极高的电路基板，可以制作线宽小于50m的细线结构；第七：由于生产为非连续生产工艺，可以对生坯基板进行检查，从而提高良品率，降低成本。4、 什么叫HTCC HTCC是High-temperature co-fired ceramics的英文缩写，意思为高温共烧陶瓷。HTCC是将高温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷、叠层、烧结等工艺制出所需要的电路图形。采用

7、将其材料为钨、钼、钼锰等高熔点金属发热电阻浆料按照发热电路设计的要求印刷于9296的氧化铝流延陶瓷生坯上，在15501650高温下共烧成一体，从而具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性能良好、热补偿速度快等优点。5、 LED常用术语 光通量光强亮度照度 光通量：是表示光源整体亮度的指标。单位为lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度时经常使用。是参考人眼的灵敏度（视觉灵敏度）来表示光源放射光亮度的物理量。具体数值为各向同性的发光强度为1cd（堪德拉）的光源在1sr（立体弧度）的立体角内放射的光通量为1lm。此处的sr为立体角的单位，表示从球面向球心截取的面积为半径（r）的2次方的

8、圆锥体的顶角。 光强：是表示光通量立体角密度的指标。单位为cd。多在表示显示用LED等的眩光时使用。其定义为：发射540×1012Hz（波长555nm）频率单色光，在指定方向的光线发射强度为1/683W/sr的光源，在该方向的光强就定义为1cd。 亮度：是表示从光源及反射面和透射面等二次光源向观测者发出的光的强度指标。单位为cd/m2。与光通量一样，是结合人眼的灵敏度表示的物理量。大多在表示液晶面板和PDP等显示器画面的亮度时使用。 照度：是表示照射到平面上的光的亮度指标。单位为lx（勒克司），有时也标记为lm/m2。是指光源射向平面状物体的光通量中，每单位面积的光通量。用于比较照明

9、器具照射到平面上的明亮程度。 色温：当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。色度舌形图大功率LED 色温与色坐标对照表大功率LED色温与色坐标对照表色温XY色温XY色温XY色温XY10000.653 0.344 12000.625 0.367 14000.599 0.386 15000.588 0.393 16000.573 0.399 17000.561 0.404 18000.549 0.408 19000.538 0.411 20000.527 0.413 21000.516 0.415

10、 22000.506 0.415 23000.496 0.415 24000.486 0.415 25000.477 0.414 26000.468 0.412 27000.460 0.411 28000.452 0.409 29000.444 0.407 30000.437 0.404 31000.430 0.402 32000.423 0.399 32500.420 0.398 33000.417 0.396 34000.411 0.394 35000.405 0.391 36000.409 0.388 37000.395 0.385 38000.390 0.382 39000.385 0

11、.380 40000.381 0.377 41000.376 0.374 42000.372 0.371 43000.368 0.369 44000.364 0.366 45000.361 0.364 46000.357 0.361 47000.354 0.359 48000.351 0.356 49000.348 0.354 50000.345 0.352 52000.340 0.347 54000.335 0.343 56000.330 0.339 58000.326 0.335 60000.322 0.335 65000.314 0.354 70000.306 0.317 75000.3

12、00 0.310 80000.295 0.305 85000.291 0.300 90000.287 0.296 93000.285 0.293 10K0.280 0.288 15K0.264 0.267 在照明光源国家标准中，规定了发光色x、y在0.380、0.380(4040K)附近的称为冷白色；发光色x、y在0.440、0.403(2940K)附近的称为暖白色。 发光效率：是评测光源效率的指标，用光源发出的光通量（lm）与向光源输入的电力（W）之比表示，单位为lm/W。要区别于整体效率。发光效率是将外部量子效率用视觉灵敏度（人眼对光的灵敏度）来表示的数值。外部量子效率是发射到LED芯片和

13、封装外的光子个数相对于流经LED的电子个数（电流）所占的比例。组合使用蓝色LED芯片和荧光体的白色LED的外部量子效率，是相对于内部量子效率（在LED芯片发光层内发生的光子个数占流经LED芯片的电子个数（电流）的比例）、芯片的光取出效率（将所发的光取出到LED芯片之外的比例）、荧光体的转换效率（芯片发出的光照到荧光体上转换为不同波长的比例）以及封装的光取出效率（由LED和荧光体发射到封装外的光线比例）的乘积决定。（备注：在发光层产生的光子的一部分或在LED芯片内被吸收，或在LED芯片内不停地反射，出不了LED芯片。因此，外部量子效率比内部量子效率要低。例如发光效率为100lm/W的白色LED，

14、其输入电力只有32作为光能输出到了外部。剩余的68转变为热能。） LED发光效率图调光：将光源发出的光调节为希望的亮度的做法。LED与白炽灯一样，比荧光管更容易进行微细调光。通过在点亮LED的电源电路中，改变输入LED的电流大小和占空比（导通时间与截至时间之比）来调节亮度。 光学设计：由于LED的用途包括指示器、液晶面板背照灯、照明器具以及前照灯等，范围极广。对白色LED的发光特性要求呈现出多样化趋势。另外，LED是点光源，而且具有指向性较强的特点。要想满足广泛的用途要求，需要根据LED的这些特点，采用透镜等光学部件，将属于点光源且指向性强的LED光线转变为所期望光学特性的光学设计必不可少。

15、6、 LED封装结构 传统封装结构（金属封装、玻璃封装、塑料封装）7、 LED制造流程 上 游晶片：单晶棒 单晶片衬底 单晶片衬底 在衬底上生长外延层 外延片成品：单晶片、外延片 中 游制程：金属蒸镀 光罩刻蚀 热处理（正负电极制作） 切割 测试分选成品：芯片 下 游封装：芯片粘贴 焊接引线 树脂封装 剪脚成品：LED灯泡和组件8、 LED封装技术及结构发展 (a) 、引脚式(Lamp)LED封装  引脚式封装就是常用的Æ3-5mm封装结构。一般用于电流较小(20-30mA)，功率较低(小于0.1W)的LED封装。主要用于仪表显示或指示，大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在

16、于封装热阻较大(一般高于100K/W)，寿命较短。 (b) 、表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装  表面组装技术(SMT)是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。具体而言，就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上，经过波峰焊或再流焊后，使器件和电路之间建立可靠的机械和电气 连接。SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点，是电子 行业最流行的一种封装技术和工艺。 (c) 、板上芯片直装式(COB)LED封装  COB是Chip On

17、 Board(板上芯片直装)的英文缩写，是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上，再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纤维增强的环氧树脂)，也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料(如铝基板或覆铜陶瓷基板等)。而引线键合可采用高温下的热超声键合(金丝球焊)和常温下的超声波键合(铝劈刀焊接)。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMT相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻(一般为6-12W/m.K)。 (d) 、系统封装式(SiP)LED封装  SiP(System in Package)是

18、近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求，在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiP-LED而言，不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起，构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其它封装结构相比，SiP具有工艺兼容性好(可利用已有的电子封装材料和工艺)，集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分块测试，开发周期短等优点。按照技术类型不同，SiP可分为四种：芯片层叠型，模组型，MCM型和三维(3D)封装型。9、LED产品应用  10、白光发光原理芯片数激发源发光材料发光原理1蓝色LEDInGaN