LED行业新人必备宝典

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　　一、产业链相关问题　　

   LED产业链主要包括4个部分：LED外延片、LED芯片制造、LED器件封装和产品应用，此外，还包括相关配套产业。

　　一般来说，外延属于LED产业链的上游，芯片属于中游，封装和应用属于下游。上游属于资本、技术密集型的领域，而中游和下游的进入门槛则相对较低。

　　什么叫LED外延片？

　　LED外延片生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片主要有蓝宝石和、SiC、Si上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。

　　LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。

　　当前，能用于商品化的衬底只有两种，即蓝宝石和碳化硅，其他诸如GaN、Si、ZnO衬底，还处于研发阶段，离产业化仍有一段距离。

　　什么是LED芯片？

　　LED芯片也称为LED发光芯片，是一种固态的半导体器件，其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。

　　半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

　　什么叫LED封装？

　　LED封装是指发光芯片的封装，与集成电路封装有较大不同，不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。所以，LED封装对封装材料有特殊要求。

　　LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。

　　LED封装包括引脚式封装、表面贴装封装、功率型封装等多种形式。

　　LED应用产品包括哪些？

　　信息显示。电子仪器、设备、家用电器等的信息显示、数码显示和各种显示器以及LED显示屏信息显示、广告、记分牌等。

　　交通信号灯。城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河航运用的信号灯等。

　　汽车用灯。汽车内外灯、转向灯、刹车灯、雾灯、前照灯、车内仪表显示及照明等。

　　LED背光源。小尺寸背光源：小于10英寸，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机、摄像机和健身器材等；中等尺寸背光源：10英寸至20英寸之间，主要用于手提电脑、计算机显示器和各种监视器；大尺寸背光源：大于20英寸，主要用于彩色电视的显示屏。

　　二、 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*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。

　　三、 LED的发光机理和工作原理

　　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。

　　四、 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，而介于二者之间。

　　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。

　　五、 LED有哪几种构成方式?

　　 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。

　　六、 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。

　　七、 LED有哪几种分类

　　答：1．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。散射型发光二极管用于做指示灯。

　　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。

　　八、 LED的生产工艺步骤

　　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合采用相应的外形尺寸,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*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*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。

　　14.切筋和划片

　　由于LED在生产中是连在一起的（不是单个）,Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。

　　15.测试

　　测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。

　　16.包装

　　将成品进行计数包装.超高亮LED需要防静电包装。

　　九、 LED的基本照明术语

　　答:常用照明术语光通量：符号：Φ，单位：流明 Lm,说明：发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量。

　　光强：符号:I，单位：坎德拉 cd，说明：发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。

　　照度：符号:E，单位：勒克斯 Lm/m2，说明：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。

　　亮度：符号，单位：尼脱 cd/m2，说明：发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。

　　光效：单位：每瓦流明 Lm/w，说明：电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。

　　平均寿命：单位：小时，说明：指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数。

　　经济寿命：单位：小时，说明：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。

　　色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。

　　光源色温不同，光色也不同，色温在3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在3000--5000K为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000K以上有冷的感觉。不同光源的不同光色组成*佳环境，如表：

　　色温>5000k: 光色为清凉型（带蓝的白色）,冷的气氛效果；

　　色温在3300-5000K：光色为 中间(白) ，爽快的气氛效果；

　　色温<3300K：光色为温暖(带红的白色) ，稳重的气氛效果；

　　a. 色温与亮度：高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。

　　b. 光色的对比：在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。

　　显色性：光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。

　　显色分两种：

　　忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性*好。

　　效果显色：要鲜明地强调特定色彩,表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。

　　由于光线中光谱的组成有差别，因此即使光色相同，灯的显色性也可能不同。

　　灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。