培训led基础知识白光LED封装

培训led基础知识白光LED封装第一页，共57页。伯乐达做的LED是A级！江苏伯乐达光电科技有限公司JIangsuBrightOptoelectronicTechnologyCo.Ltd伯乐达－Bright！第二页，共57页。提纲LED基础知识LED的概念，LED的发光原理LED的历史LED的基本参数，LED的结构，LED的产品分类，LED的产业链，白光LED封装白光LED的概念，白光LED的优点白光LED基本参数白光LED封装的基本工艺白光LED的封装技术第三页，共57页。1.1LED基本概念LED是发光二极管LIGHTEMISSIONDIODE;LIGHTEMITTINGDIODE.LED是通过半导体PN结把电能转化成光能的器件+-第四页，共57页。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。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。量子阱把经过结区的电子空穴限制住，提高复合效率。1.2LED的基础知识：基本原理PN结－》量子阱第五页，共57页。1.3LED的基础知识：历史第六页，共57页。1、1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，效率0.1lm/W,比白炽灯低100倍，售价45$/只。2、1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。3、1971年，GaP绿色芯片LED。用途：指示用，长寿命10万小时，可靠4、80年代AlGaAs技术使得LED效率达到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技术使得LED效率达到100流明/瓦。用途：显示，信号用。用于室外的运动信息发布以及汽车的高位刹车灯。第七页，共57页。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度蓝色发光二极管。用途：由于蓝光LED的出现，人们首次实现红黄蓝LED的全色显示，从90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。6、1997年，中村修二和美国人修博特先后研制出了GaN蓝色发光二极管激发黄光荧光粉得到白光LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亚报道了15lm/W白光LED，8、2003年，日亚报道的光效达到60lm/W，2006年3月，其光效达到100lm/W，9、2006年7月，Cree公司报道了130lm/W白光LED，10、2006年11月，日亚报道的光效达到150lm/W，其效率已经超过节能灯，实现了真正意义上的照明。11、2007年3月，美国CREE公司光效达到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前进。第八页，共57页。1.4.1基本参数－电学参数正向工作电压Vf@If反向漏电流Ir@Vr功率P=Vf*If测量方法VfIfIrVr第九页，共57页。峰值波长（lp，nm），半峰宽（FWHM，nm）色纯度：反应了单色光和白光的比例主波长（ld，nm），视觉函数（V（l））1.4.2光学参数第十页，共57页。发光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）发光效率（Le，lm/W）当Lf=632∫V（l）Po（l）dl,当电功率全部转化成光功率,最大的发光效率为632lm/W,若蓝光激发荧光粉或三色LED混合得到白光,其效率小于300lm/W.发光强度(Iv,Lop，mcd）:单位立体角内的光通量.照度(illumination，lm/m2,Lx）:单位面积上光通量，被照表面的明亮情况。亮度（luminance，Cd/m2)：单位面积上的发光强度。光源的明亮情况。第十一页，共57页。光通量与光强的关系LED的光强与角度有关系，而光通量与角度无关；发光角度为一半光强所夹的角（15o，30o，60o，90o，100o，120o，150o，180o）9006003000300600900LuminousOutput(mcd)若LED作为点光源，光通量F与光强IV的关系F=IV*2p*（1－cosq1/2)若60度发光角度光强为2000mcd,则光通量约为1.68lm但是光强随着角度变化并不是常数，以上公式只能近似的计算光通量，实际的情况是光强随着角度增大而减少。具体的数值需要通过配光曲线计算得到。第十二页，共57页。1.4.3热学参数与可靠性LED的结温定义为LED的PN结的温度，通常芯片具有很小的尺寸，因此通常把芯片的温度等效结温。结温高将使得LED性能变差，失效。影响结温的因素： 1）不良的器件结构，大的串连电阻发热； 2）封装材料的热阻，大的热阻导致散热的困难，材料 和导热途径； 3）发光效率低下，30％的电能转化成光能，其他转化 成电能； 4）环境的温度和联结材料，工艺。降低结温与耐热封装材料是高可靠性LED的保证。第十三页，共57页。其他可靠性测试： 恒温恒湿：高温高湿测量其对高湿环境下的可靠性 高低温循环：测试LED对昼夜和四季的适应性 冷热冲击：测试其开关特性 高温工作：加速老化，测试寿命 过锡试验：深加工耐温能力 大电流老化测试：比加温更苛刻的老化条件，考虑 结温分布不均匀性 ESD抗静电击穿能力：抗静电能力第十四页，共57页。第十五页，共57页。LED寿命LED作为电子－空穴对复合发光，对半导体而言，理论上它的寿命是无限长的。10万-100万小时的寿命概念源于半导体的性能。使用寿命则是指能够发挥作用的寿命，一般当光衰超过50％,LED的寿命就到期了。浴盆效应：初期和后期失效率较高，初始工作还会出现性能高低起伏的退火期,而中间期大多数器件能够正常工作。在同一批LED样本中，统计失效率来评价整体器件水平。在规定时间内，失效率越低，可靠性越好。第十六页，共57页。寿命的测试方法LED的光衰一般遵循以下规律： I=I0*EXP（-t/t）时间常数t与温度有关系，在一定的时间内分别测得温度T1对应的时间常数t1，T2对应的t2。我们把LED失效的因素归结于一个激活能Ea，则有t=t0*EXP（-Ea/KT）根据上面T1，T2对应的两个时间常数t1，t2则可得到t0与Ea的值，这样我们就可以求得一定结温下的寿命值。以上的温度均指结温。第十七页，共57页。1.5LED结构第十八页，共57页。LumiledsPackaging第十九页，共57页。GaN-LED芯片的基本结构InGaNMQWactivelayerSapphiresubstratep-electrode(Ni/Au)p-electrode(Ni/Au)p-GaNlayern-GaNlayerGaNbufferlayern-electrode(Ti/Al)第二十页，共57页。芯片基本结构:flip-chip第二十一页，共57页。芯片基本结构:SiC垂直结构第二十二页，共57页。CuHeatSinkingAgReflectorTransparentohmiccontactP-GaNInGaN/GaNMQWN-GaNITOcontactlayerN-electrodepad芯片基本结构:金属衬底、垂直结构第二十三页，共57页。按发光颜色分：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。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。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。半值角为5°～20°或更小。

（2）标准型。其半值角为20°～45°。

（3）大角度。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。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。

1.6LED分类第二十四页，共57页。LED分类数码管

(Display)大功率

(HighPowerLed)贴片

(SMD)食人鱼

(P4)普通LED

(P2)第二十五页，共57页。第二十六页，共57页。第二十七页，共57页。1.7LED产业链LED设备，原材料：MOCVD，激光划片机，检测设备上游：材料生长，结构设计；亮度，波长，正向电压，可靠性；外延片2”中游：芯片制备；正向电压，出光，可靠性；芯片：0.3mm-1.5mm下游：封装；出光效率，正向电压，可靠性，散热；LEDlamp,SMT,highpower，数码管等应用产品：灯具，工程；出光效率，散热，美学设计，建筑，文化等；装饰照明，路灯，LCD背光，车灯，太阳灯，普通照明，特种照明第二十八页，共57页。第二十九页，共57页。白光LED的概念，白光LED的优点白光LED基本参数白光LED封装的基本工艺白光LED的封装技术二、白光LED封装第三十页，共57页。2.1白光LED的概念三基色通过适当的混合能产生所有的颜色，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本原理——三基色原理。第三十一页，共57页。第三十二页，共57页。第三十三页，共57页。实现白光的四种方式：第三十四页，共57页。图15.级联型GaN基白光LED的设计结构图16.级联型级联型GaN基白光LED的电致发光光谱4、直接发白光的技术第三十五页，共57页。节能:10倍白炽灯;2倍日光灯,一年节约一个三峡的发电量:870亿度2.2白光LED照明的优势第三十六页，共57页。环保减少温室气体排量:减少CO2排量1.12亿吨/年.减少水银等有害废弃物对环境的污染无频闪(直流工作)无红外\紫外线成分第三十七页，共57页。安全低电压、节能手机、笔记本等移动电器的背光源与太阳能电池合用，不需要高压逆变器（庭院灯，草坪灯，缺电地区照明）矿灯矿井坑道灯特殊环境：监狱，精神病院第三十八页，共57页。坚固、寿命长防爆灯具军用灯具耐腐蚀环境使用车灯景观照明第三十九页，共57页。模拟日光的变化对生物节律的影响延长花期，改变农作物的生长周期，提高产量改变人体节律，提高运动员成绩，夜班工人工作效率人文关怀的绿色照明（昼夜节律）第四十页，共57页。2.3白光LED的基本参数1）电学参数2）光学参数3）可靠性参数4）色度学参数：色品图CIE1931,色坐标，色温，显色指数第四十一页，共57页。色品图CIE1931,色坐标，1931年国际照明委员会确认三刺激值作为颜色的基准色，其他颜色可以从三刺激组合而成，因为三个坐标值之和X+Y+Z=1,所以色坐标往往用（x，y）表示。色温：与光源有相同光色的绝对黑体的温度值。此温度值对应色品图上的普朗克曲线。但一般光源不会正好落在这条线上，因此光源的色温用相对色温表示，经验公式如下：显色指数：光源还原被照射物体颜色的能力。式中，，

第四十二页，共57页。2.4白光LED封装的基本工艺1、固晶：芯片粘在支架上粘接胶体的选择，芯片的位置，胶体的多少烘烤的温度，时间。共晶焊，压力，功率，温度，时间，表面处理。主要设备：自动固晶机asm，烘箱，等离子体清洗机，扩晶机，干燥箱2、焊线：压力，功率，温度，时间焊球的大小，一焊，二焊，拱丝的弧度，劈刀的型号，金丝的尺寸。主要设备：eagle60/V第四十三页，共57页。3、点荧光粉：树脂的种类，A：B胶，荧光粉的比例，分散，表面修饰，脱泡，点胶的方法。烘烤的方式，温度，时间。主要设备：Asymtek自动点胶机，宜极邦4、树脂密封：树脂的配比，模条的选择，封装的角度，芯片的位置。主要设备：自动封胶机5、长烤，提高老化性能6、冲切，一切，二切，设备：液压冲床，全切机7、老化、寿命测试。设备：恒温恒湿机，高低温冲击，盐雾机，老化台，热分析仪，热阻测试仪。8、测试、分拣，根据不同的色度，光学，电学参数。主要设备：自动测试分拣机9、包装。主要设备：包装机，回流焊机，贴片机等第四十四页，共57页。2.5白光LED的封装技术2.5.1白光LED的提高发光效率技术1）荧光粉的选择相对亮度：不同厂家的荧光粉的吸收效率和转化效率相差很大。相对亮度高的荧光粉将大大提高白光发光效率。颗粒度：尺寸和分布，颗粒大的易发生沉淀。颗粒不均匀也影响效率。老化特性：能够耐温度，耐紫外照射。激发波长和发射波长：荧光粉的激发波长是获得最大荧光转换效率的LED主波长；发射波长则是在该激发波长下荧光的峰值波长。第四十五页，共57页。2）荧光粉的配比及胶量控制；白光胶体的选择第四十六页，共57页。3）荧光粉的涂覆方式第四十七页，共57页。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