　　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 .

　　(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.