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分享LED燈具專業知識

發表時間:2018-12-12 09:21

  1.LED 是什么 ?

  LED 是英文 Light Emitting Diode, 即發光二極管 ,是一種半導體固體發光器件,它是利用固體半導體芯片作為發光材料 ,當兩端加上正向電壓 ,半導體中的載流子發生復合引起光子發射而產生光 .LED 可以直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光 .第一個商用二極管產生于 1960 年.它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料 ,置于一個有引線的架子上 ,然后四周用環氧樹脂密封 ,起到保護內部芯線的作用 ,所以 LED 的抗震性能好 .

  2.LED 為什么是第四代光源 (綠色照明 )?

  按電光源的發光機理分類 :

  第一代光源 :電阻發光如白熾燈 .

  第二代光源 :電弧和氣體發光如鈉燈 .

  第三代光源 :熒光粉發光如熒光燈 .

  第四代光源 :固態芯片發光如 LED.

  3.LED 的發光機理和工作原理有哪些 ?

  發光二極管是由Ⅲ -Ⅳ族化合物, 如 GaAs( 砷化鎵)、GaP(磷化鎵) 、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是 PN 結.因此它具有一般 P-N 結的 I-N 特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性.此外,在一定條件下 ,它還具有發光特性 . 在正向電壓下 ,電子由 N 區注入 P 區,空穴由 P 區注入 N 區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光 .

  4.LED 有哪些光學特性 ?

  1.LED 發出的光既不是單色光 ,也不是寬帶光 ,而是結余二者之間 .

  2.LED光源似點光源又非點光源 .

  3.LED 發出光的顏色隨空間方向不同而不同 .

  4.恒流操作下的 LED 的結溫強烈影響著正向電壓 VF.

  5.LED 有哪幾種構成方式 ?

  LED 因其顏色不同 ,而其化學成份不同 :

  如紅色 :鋁 -銦-鎵-磷化物

  綠色和藍色 : 銦-鎵-氮化物

  白色和其它色都是用 RGB 三基色按適當的比例混合而成的 .LED 的制造過程類似于半導體 ,但加工的精度不如半導體 ,目前成本仍然較高。

  6.各種顏色的發光波長是多少 ?

  目前國內常用幾種顏色的超高亮 LED 的光譜波長分布為 460~636nm,波長由短到長依次呈現為藍色、綠色、黃綠色、黃色、黃橙色、紅色 .常見幾種顏色LED 的典型峰值波長是 :

  藍色—— 470nm,

  藍綠色——505nm,

  綠色——525nm,

  黃色——590nm,

  橙色——615nm,

  紅色——625nm.

  7.LED 有哪幾種封裝方式 ?

  封裝方式 :

  1、引腳式( Lamp ) LED 封裝,

  2、表面組裝(貼片)式( SMT- LED )封裝 ,

  3、板上芯片直裝式( COB ) LED 封裝 ,

  4、系統封裝式(SiP)LED 封裝

  5、晶片鍵合和芯片鍵合 .

  8.LED 有哪幾種分類方法 ?

  1.按發光管發光顏色分

  按發光管發光顏色分 ,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,有的發光二極管中包含二種或三種顏色的芯片 .

  根據發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。 散射型發光二極管和達于做指示燈用.

  2.按發光管出光面特征分

  按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、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.國外通常把 φ3mm 的發光二極管記作 T-1; 把 φ5mm 的記作 T-1(3/4);把 φ4.4mm 的記作 T-1( 1/4) .由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況 .從發光強度角分布圖來分有三類:

  (1)高指向性 .一般為尖頭環氧封裝,或是帶金屬反射腔封裝,且不加散射劑。 半值角為 5°~20°或更小 ,具有很高的指向性 ,可作局部照明光源用, 或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統 .

  (2)標準型 .通常作指示燈用,其半值角為 20°~ 45°.

  (3)散射型 .這是視角較大的指示燈,半值角為 45°~90°或更大,散射劑的量較大 .

  3.按發光二極管的結構分

  按發光二極管的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構 .

  4.按發光強度和工作電流分

  按發光強度和工作電流分有普通亮度的 LED(發光強度>10mcd ); 超高亮度的 LED(發光強度 <100mcd );把發光強度在 10~100mcd 間的叫高亮度發光二極管 .一般 LED 的工作電流在十幾 mA 至幾十 mA,而低電流 LED 的工作電流在2mA 以下(亮度與普通發光管相同) .

  除上述分類方法外,還有按芯片材料分類及按功能分類的方法 .

  9.LED 的生產工藝步驟有哪些 ?

  1.工藝:

  a)清洗:采用超聲波清洗 PCB 或 LED 支架,并烘干 .

  b)裝架:在 LED 管芯(大圓片)底部電極備上銀膠后進行擴張 ,將擴張后的管芯(大圓片) 安置在刺晶臺上 ,在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在 PCB或 LED 支架相應的焊盤上 ,隨后進行燒結使銀膠固化 .

  c)壓焊: 用鋁絲或金絲焊機將電極連接到 LED 管芯上, 以作電流注入的引線。LED 直接安裝在 PCB 上的,一般采用鋁絲焊機 .(制作白光 TOP-LED 需要金線焊機)

  d)封裝:通過點膠,用環氧將 LED 管芯和焊線保護起來 .在 PCB 板上點膠,對固化后膠體形狀有嚴格要求 ,這直接關系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承擔點熒光粉(白光 LED )的任務 .

  e)焊接: 如果背光源是采用 SMD-LED 或其它已封裝的 LED , 則在裝配工藝之前,需要將 LED 焊接到 PCB 板上.

  f)切膜:用沖床模切背光源所需的各種擴散膜、反光膜等 .

  g)裝配:根據圖紙要求,將背光源的各種材料手工安裝正確的位置 .

  h)測試:檢查背光源光電參數及出光均勻性是否良好 .

  1.LED 的封裝的任務

  是將外引線連接到 LED 芯片的電極上,同時保護好 LED 芯片,并且起到提高光取出效率的作用 .關鍵工序有裝架、壓焊、封裝 .

  2.LED 封裝形式

  LED 封裝形式可以說是五花八門 ,主要根據不同的應用場**用相應的外形尺寸 ,散熱對策和出光效果 .LED 按封裝形式分類有 Lamp-LED 、 TOP-LED 、Side-LED 、 SMD-LED 、 High-Power-LED 等.

  3.LED 封裝工藝流程

  4.封裝工藝說明

  (1).芯片檢驗

  鏡檢:材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑( lockhill )芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整 .

  (2).擴片

  由于 LED 芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約 0.1mm ),不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張,是 LED 芯片的間距拉伸到約0.6mm.也可以采用手工擴張,但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題 .

  (3).點膠

  在 LED 支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠 .( 對于 GaAs、 SiC 導電襯底, 具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光 LED 芯片,采用絕緣膠來固定芯片 .)工藝難點在于點膠量的控制,在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求 .由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項 .


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  (4).備膠

  和點膠相反,備膠是用備膠機先把銀膠涂在 LED 背面電極上,然后把背部帶銀膠的 LED 安裝在 LED 支架上 .備膠的效率遠高于點膠,但不是所有產品均適用備膠工藝 .

  (5).手工刺片

  將擴張后 LED 芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺的夾具上, LED 支架放在夾具底下, 在顯微鏡下用針將 LED 芯片一個一個刺到相應的位置上 .手工刺片和自動裝架相比有一個好處, 便于隨時更換不同的芯片, 適用于需要安裝多種芯片的產品 .

  (6).自動裝架

  自動裝架其實是結合了沾膠(點膠)和安裝芯片兩大步驟,先在 LED 支架上點上銀膠 (絕緣膠) ,然后用真空吸嘴將 LED 芯片吸起移動位置 ,再安置在相應的支架位置上 .自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程, 同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整 .在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴,防止對 LED 芯片表面的損傷,特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層 .

  (7).燒結

  燒結的目的是使銀膠固化, 燒結要求對溫度進行監控, 防止批次性不良 .銀膠燒結的溫度一般控制在 150℃,燒結時間 2小時 .根據實際情況可以調整到170℃,1小時 .絕緣膠一般 150℃, 1小時.銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔 2小時(或 1小時)打開更換燒結的產品,中間不得隨意打開 .燒結烘箱不得再其他用途 ,防止污染 .

  (8).壓焊

  壓焊的目的將電極引到 LED 芯片上,完成產品內外引線的連接工作 .LED 的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。 右圖是鋁絲壓焊的過程, 先在LED 芯片電極上壓上第一點,再將鋁絲拉到相應的支架上方,壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球,其余過程類似 .壓焊是 LED 封裝技術中的關鍵環節, 工藝上主要需要監控的是壓焊金絲 (鋁絲)拱絲形狀,焊點形狀,拉力 .對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題, 如金(鋁) 絲材料、 超聲功率、壓焊壓力、劈刀(鋼嘴)選用、劈刀(鋼嘴)運動軌跡等等 .(下圖是同等條件下, 兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片, 兩者在微觀結構上存在差別, 從而影響著產品質量 .)我們在這里不再累述 .

  (9).點膠封裝 LED 的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種 .基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點 .設計上主要是對材料的選型,選用結合良好的環氧和支架 .( 一般的 LED 無法通過氣密性試驗) 如右圖所示的 TOP-LED 和 Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光 LED ),主要難

  點是對點膠量的控制, 因為環氧在使用過程中會變稠 .白光 LED 的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題 .

  (10).灌膠封裝

  Lamp-LED 的封裝采用灌封的形式 .灌封的過程是先在 LED 成型模腔內注入液態環氧, 然后插入壓焊好的 LED 支架, 放入烘箱讓環氧固化后, 將 LED 從模腔中脫出即成型 .

  (11).模壓封裝

  將壓焊好的 LED 支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空,

  將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中, 環氧順著膠道進入各個 LED 成型槽中并固化 .

  (12).固化與后固化

  固化是指封裝環氧的固化, 一般環氧固化條件在 135℃, 1小時 .模壓封裝一般

  在150℃, 4分鐘 .

  (13).后固化

  固化是為了讓環氧充分固化,同時對 LED 進行熱老化 .后固化對于提高環氧

  與支架( PCB )的粘接強度非常重要。一般條件為 120 ℃, 4小時.

  (14).切筋和劃片

  由于 LED 在生產中是連在一起的(不是單個) ,Lamp 封裝 LED 采用切筋切斷 LED 支架的連筋。 SMD-LED 則是在一片 PCB 板上,需要劃片機來完成分離工作 .

  (15).測試

  測試 LED 的光電參數、檢驗外形尺寸,同時根據客戶要求對 LED 產品進行分選.

  (16).包裝

  將成品進行計數包裝 .超高亮 LED 需要防靜電包裝.

  以上就是為大家分享的內容,希望對大家有所幫助。


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