《LED封装技术》习题解答资料

1、LED封装技术习题解答第一次作业第一只发光二极管是哪年有哪家公司发明的？答：1962年由美国通用公司发明。LED有哪些主要优点？答：（1）高效低耗（节能）；（2）绿色环保（无汞污染，安全可靠）；（3）寿命长（50000小时），每天按8小时算，可以用17年；（4）响应速度快（启动在ns-ms量级）；（5）体积小，重量轻；（6）耐振动（固态器件）；（7）色彩鲜明、辨识性优良（色饱度高和显色指数高）；（8）平面发光，光束方向性好（最大在2n空间内）。LED封装的主要功能有哪些？答：（1）机械保护，以提高可靠性；（2）电气连接和加强散热，给芯片供电，并尽量降低芯片结温，提高LED性能，延长使用寿命；（

2、3）光学控制，提高出光效率，优化光束分布等。第二次作业能带与能级的区别是什么？答：单个原子的能级是分立的，N个相距无限远的原子能级也是分立的，当固体中N个原子紧密排列时，由于原子间能级的共有化运动，原来同一大小的能级这时彼此数值上就有小的差异。同一能级就分裂成为一系列和原来能级很接近的仍包含N个能量的新能级。这些新能级基本上连成一片形成能带。2.（1）已知GaAs半导体材料的Eg=1.424eV,求该材料的发光波长上？已知InGaAsP的发光波长是1300nm,求该材料的禁带宽度Eg=？12401240解：（1）九=nm=nm=870nmE1.424g1240Eg(eV)二话二054eV答：G

3、aAs半导体材料的发光波长是870nm，InGaAsP的禁带宽度是0.954eV。某直接带隙半导体材料的发光波长为550nm，求其在常温27C时光谱的半强度全宽入解：1.8kT九2hc1.8x1.38X10-23J/Kx300Kx(550 x10-9m)26.626x10-34J-sx3x108m/s=11.3x10-9m=11.3nm答：该半导体材料在常温27C时的半强度全款为11.3nm。在AlGaN半导体材料中，Al的百分比是0.63，求其在常温27C的峰值波长，并求出该发光材料光谱的半强度全宽入。解：（1）AlGaN：x1-xE二3.42eV+x2.86eV+x(1-x)1.0eV=3

4、.42eV+0.63x2.86eV+0.63x(1-0.63)x1.0eVg二3.42eV+1.80eV+0.23eV二5.46eV“5.46nm二227nm=1.9x10-9m=1.9nm、_1.8kT九2_1.8xl.38xlO-23J/Kx3OOKx(227xlO-9m)2(2)九he6.626x10-34J-sx3x108m/s答：峰值波长是227nm,该发光材料光谱的半强度全宽1.9nm。第三次作业1.已知电子的有效质量me=9.1X10-31kg，空穴的有效质量mh=3.8X1O-30kg,GaAs单量子阱厚度d=8nm，计算在第一个电子的子能带态(n=1)和在第一个空穴子能带态(

5、n=1)的偏移。解：Ench218d2m(6.626x10-34Js)2=4.390 x10-67(Js)28x(8x10-9m)2x9.1x10-31kg4.659x10-46m2kg=9.422x10-22J=5.85x10-3eV=5.85meV,_h21_(6.626x10-34Js)2_4.390 x10-67(J.s)2_225610TE2.256x10-22Jnv8d2m8x(8x10-9m)2x3.8x10-30kg1.9456x10-45m2kgh1.40 x10-3eV1.40meV答：电子和空血穴的子能带态分别是5.85meV和1.40meV。2.GaAs量子阱带隙能量E

6、g1=1.424eV,由上题已知条件，求该LED在第一子能带态的发光波长。h211解：EE+(+)1.424eV+5.85x10-3eV+1.40 x10-3eV1.431eVg(1)g18d2mmeh12401240九nm866nmE1.431g(1)答：该LED的发光波长为866nm。3.绘出置于120。反光碗(反光杯)的芯片上发光层中点和边缘点两个发光点发出的与芯片表面法线成0。、45。、90。三条光线在反光碗上的反射光线(绘制在两个图上)。绘图如下：结论，芯片每个反光点上发出的0。、45。、90。三条光线只有90。的那条光线可以通过光杯反射而起到聚集光束的作用。中间发光点边缘发光点第四

7、次作业银胶从冰箱取出为什么要放置退冰？答：使瓶内空气与室温相同，避免产生雾气留在瓶内。水气、水份是银胶的天敌。退冰后为什么要轻、缓慢地搅拌到粘度均匀为止？答：快速搅拌会因摩擦产生热量，造成银胶的硬化加快，不利于作业或储存。搅拌后为什么要立即使用？答：利用均匀粘度产生紧密的接着力，如不立即使用，银胶的银粉会沉淀。备胶后，点胶为什么要在1小时内接着用?答：放置时间太久，银胶表面会先胶化，丧失接着力。为什么要依照时间及温度烘烤？答：烘烤时间太短，银胶硬化不完全。烘烤过久，温度过高，浪费能源，银胶会胶化，丧失接着力。已知金线的极限抗拉强度b=207MPa,求直径23“m(0.9mi的金丝的最大拉力；焊

8、接界面铝b垫的极限抗拉强度p=393MPa,金丝球焊线机对该金丝的实际焊接面积为A=257卩m2,求maxreal金线与铝垫的界面拉脱力。解：金线的最大拉力为：F=bA=207x106Px3.14x(11.5x10-6m)2=0.086N=8.8gbwirca金线与铝垫的界面拉脱力：F二pA二393x106Px257x10-i2m2二0.101N二10.3gmaxreala答：金线的最大拉力为8.8g，金线与铝垫的界面拉脱力10.3g。第五次作业：制造白光LED方法主要有哪几种？答：制作白光LED有六种方法，分别是：多色芯片白光LED蓝芯片+荧光粉白光LED紫外线芯片+发红/绿/蓝光的萤光粉白

9、光LED蓝芯片+ZnSe单结晶基板白光LED光子晶体白光LED量子阱白光LED2阐述多色芯片中三芯片白光LED红、绿、蓝光的混色原理。答：三芯片LED是利用加色法的三基色原理而研发出来的白光LED，当混色比43(R):48(G):9(B)时，光通量的典型值为1001m,对应CCT标准色温为4420K，色坐标x为0.3612,y为0.3529。如图所示：红黄品红白绿青指出紫外单芯片+红、绿、蓝荧光粉的白光LED的优缺点。答：优点：显色性好、制备简单。缺点：发光效率低。泄露的紫外光对人眼有伤害。紫外光的波长越短时对人眼的伤害愈大，须将紫外光阻绝于白光LED结构内。再就是荧光粉温度稳定性问题有待解决

10、。写出YAG荧光粉的制备化学表达式。答：Y2O3+A1203fYAM(90(M100C)YAM+A12O34YAP(1100-1250r)3YAP+A12O3fYAG(1400-1600C)第六次作业：影响白光LED寿命的主要因素有哪些？答：(1)芯片良好的导热性；(2)芯片的抗静电性能；(3)芯片的抗浪涌电压和电流等。pn结温度升高对白光LED有什么影响？答：(1)pn结温升，光衰增大，色温也产生变化；(2)发光主波长漂移；(3)影响蓝光对荧光粉的有效激发。直插0.06瓦小功率LED负极引脚焊点的温度为42.5C，芯片到焊点的总热阻16C/W，试求该LED的结温是多少？解：T=T+(RxP)

11、jspthj-sp,T=T+(RxP)=42.5+(16x0.06)=43.46Cjspthj-sp答：该小功率LED芯片结温是43.46C4.某大功率LED,其功率为5瓦，支架焊接点的温度为55C,芯片到焊接点的总热阻7C/W，试求该LED的结温是多少？解：T=T+(RxP)jspthj-sp；T=T+(RxP)=55+(7x5)=90Cjspthj-sp答：该LED的结温是90C。第七次作业：1.系统电路板的厚度为1.5mm,用其双面敷铜制作发热电子元件的散热器。已知金属化过孔外径为7X10-4mm,壁厚为1X10-4mm，过孔数量为50个，敷铜材料的热导率为390W/mK，求该散热器的热

12、阻是多少？h1.5x10-3R=解：耐-spn-kx兀(Dt-12)50 x390 x3.14x(7x107x10-7一10-14)=4.08x105C/Wo答：该散热器的热阻是4.08X105C/W。第八次作业：1.某03直插式LED球面曲率半径为1.5mm，环氧树脂包封材料的折射率为1.5,空气折射率为1.0,芯片距离球面定点O的距离分别如表中所示，求芯片像的位置，填于表格中，并说明像的虚实等特征。s(mm)-1.5-3-4.5-6s(mm)像的特征s(mm)-1.5-3-4.5-6s(mm)-1.5-6OO12像的特征虚像虚像成像无穷远实像解：和s=-1.5mm,-3mm,-4.5mm,

13、-6mm得：第九次作业1.在直插式8LED封装时，芯片可以视为点光源，芯片位于环氧树脂圆柱底面的坐标原点O(x,y,z)处，圆柱高度为5mm。求三个随机数1=1,m二2,n二1时，芯片发出的某个光子与圆柱面的碰撞位置C的坐标(保留两位小数)。小,x-xy-yz-z解：由=,x2+y2=R2得：lmnyx=z，x2+4x2+x2=42f6x2=16，2x=z=】.63(mm),6y=2x=1.63x2=3.26(mm)。答：该光子在球面上的碰撞位置C(x=1.43,y=3.26,z=1.43)。在大功率单芯片LED封装时，芯片可以视为点光源，假如芯片位于硅胶半球透镜的圆心O(x,y,z)处，即坐

14、标原点处。若封装球面的曲率半径R=3.5mm，求三个随机数1=1,m=1,n=2时，芯片发出的某个光子与球面的碰撞位置B的坐标(保留两位小数)。解：由x二yy=zz,x2+y2+z2二R2得:lmn甲=1.43(mm)x=y=r；x2+x2+4x2=3.526x2=12.25,z=2x=1.43x2=2.86(mm)。答：该光子在球面上的碰撞位置C(x=1.43,y=1.43,z=2.86)。第十次作业1.某GaN发光二极管，温度变化系数k=-2mV/K。在结温50C时它的正向电压降为3.40伏，当结温上升到80C时其正向电压降是多少？解：由V(T)=V(T)+kAT得：F2F1V(T)=V(

15、T)+kAT=3.4-2x10-3x(80-50)=3.40-0.06=3.34(V)F2F1答：其正向电压降是3.34伏。某大功率LED在环境温度25C时，测得其正向电压降为3.2伏、正向电流为1.56安，工作结温75C。若电光转换效率为30%，求其热阻是多少？T-TJAIV(1-n)FF光得：T-T解：由R6(J-A)=JPAT-TT-T75-2550R0=ta=ja=14.3(K/W)(J-A)PIV(1-n)3.2x1.56(1-0.3)3.49FF光答：大功率LED的热阻是14.3K/W。第十一次作业1.已知某单色光在CIE1931-RGB系统中的色度坐标r)=0.4,g)=0.4,

16、b(九)=0.2(三者之和等于1)，求在CIE1931-XYZ系统的色度坐标x)、y)、z)的值(结果均保留四位有效数字)，并验证后三者之和是否也等于1？解：八、0.49000r（九）+0.31000g（九）+0.20000方（九）x（九）=得：0.66697r（九）+1.13240g（九）+1.20063b（X）八、0.17697r（九）+0.81240g（九）+0.01063b（九）由y（九）=0.66697r（九）+1.13240g（九）+1.20063b（X）八、0.00000r（九）+0.01000g（九）+0.99000b（九）z（九）=0.66697r（九）+1.13240g（九

17、）+1.20063b（九）八、0.49000 x0.4+0.31000 x0.4+0.20000 x0.2x（九）=0.66697x0.4+1.13240 x0.4+1.20063x0.20.360.9598=0.375,0.17697x0.4+0.81240 x0.4+0.01063x0.20.66697x0.4+1.13240 x0.4+1.20063x0.20.39790.9598=0.415,0.00000 x0.4+0.01000 x0.4+0.99000 x0.20.66697x0.4+1.13240 x0.4+1.20063x0.20.20200.9598=0.210.x（九）+y（九）+z（九）=0.375+0.415+0.210=1.答：在CIE1931-XYZ系统的