LED产品知识.docx
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LED产品知识
L
E
D
产
品
知
识
目录
一、LED介绍
二、专业名词解释
三、LED特点介绍
四、使用材料
五、白光的形成条件
五、LED分类
六、工艺流程及相应设备
七、结束
一、LED介绍
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
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。
LED按颜色分有红色（red）、橙色（orange）、黄色（yellow）、黄绿色（greenyellow）、绿色（green）、蓝绿色（bluegreen）、蓝色（blue）、紫色（pink）、紫外线（uv）、白色（white）、红外线等等,但因现在所做的LED大部分都是以白色光为主,所以以下文中讨论内容将以白光为主.
二、名词解释：
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。
（详细情况见附件‘色温的定义’）
光强度：
光强度（luminousintensity）是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉（candela,简称cd）.1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量.
光通量：
光通量（luminousflus）是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量,以φ表示,单位为流明（lumen,简称lm）.
光照度：
光照度（illuminance）是从光源照射到单位面积上的光通量,以E表示,照度的单位为勒克斯（Lux,简称lx）.
反射系数：
人们观看物体时,总是要借助于反射光,所以要经常用到"反射系数"的概念.反射系数（reflectancefactor）是某物体表面的流明数与入射到此表面的流明数之比,以R表示.
光亮度：
光亮度（luminance）是指一个表面的明亮程度,以L表示,即从一个表面反射出来的光通量.不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数.光的强度可用照在平面上的光的总量来度量,这叫入射光（inci-dentlight）或照度（illuminance）.若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度,这种光称为反射光（reflectionlight）或亮度（brightness）.
曝光量的计算公式是:
H（曝光量）=E（照度）×t（时间）
照度与光源的发光强度（光强I）成正比：
E=I（光强）×D-2（D为距离）
通常情况下直插的测试参数是色温，而大功率测试参数则是色温和光通量。
荧光粉越少，色温越大。
三、LED的特点:
1、体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。
2、耗电量低
LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。
工作电流是0.02-0.03A。
这就是说：
它消
耗的电不超过0.1W。
3、使用寿命长
在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。
4、高亮度、低热量
5、环保
LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。
6、坚固耐用
LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。
灯体内也没有松动的部分，
这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
四、制作材料：
材料种类包括：
支架、芯片、芯线、LENS、中心胶体、灌封胶。
1、支架:
LED支架按产品种类可以分为很多种.但大体上有直插、大功率、SMD、食人鱼等.
通常是由铁框架再在表面镀层（锌）制成的,
2、芯片:
（1）、LED晶片的作用：
LED晶片为LED的主要原材料，LED主要依靠晶片来发光。
（2）、LED晶片的组成
主要有砷（AS）铝（AL）镓（Ga）铟（IN）磷（P）氮（N）锶（Ｓi）这几种元素中的若干种组成。
（3）、LED晶片的分类
1、按发光亮度分：
A、一般亮度：
R﹑H﹑G﹑Y﹑E等
B、高亮度：
VG﹑VY﹑SR等
C、超高亮度：
UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等
D、不可见光（红外线）：
R﹑SIR﹑VIR﹑HIR
E、红外线接收管：
PT
F、光电管：
PD
2、按组成元素分：
A、二元晶片（磷﹑镓）：
H﹑G等
B、三元晶片（磷﹑镓﹑砷）：
SR﹑HR﹑UR等
C、四元晶片（磷﹑铝﹑镓﹑铟）：
SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑UE﹑HE、UG
（4）、LED晶片特性表（详见下表介绍）
晶片型号
发光颜色
组成元素
波长（nm）
晶片型号
发光颜色
组成元素
波长（nm）
SBI
蓝色
lnGaN/sic
430
HY
超亮黄色
AlGalnP
595
SBK
较亮蓝色
lnGaN/sic
468
SE
高亮桔色
GaAsP/GaP
610
DBK
较亮蓝色
GaunN/Gan
HE
超亮桔色
AlGalnP
620
SGL
青绿色
lnGaN/sic
502
UE
最亮桔色
AlGalnP
620
DGL
较亮青绿色
LnGaN/GaN
505
URF
最亮红色
AlGalnP
630
DGM
较亮青绿色
lnGaN
523
E
桔色
GaAsP/GaP
635
PG
纯绿
GaP
555
R
红色
GAaAsP
655
SG
标准绿
GaP
560
SR
较亮红色
GaA/AS
660
G
绿色
GaP
565
HR
超亮红色
GaAlAs
660
VG
较亮绿色
GaP
565
UR
最亮红色
GaAlAs
660
UG
最亮绿色
AIGalnP
574
H
高红
GaP
697
Y
黄色
GaAsP/GaP
585
HIR
红外线
GaAlAs
850
VY
较亮黄色
GaAsP/GaP
585
SIR
红外线
GaAlAs
880
UYS
最亮黄色
AlGalnP
587
VIR
红外线
GaAlAs
940
UY
最亮黄色
AlGalnP
595
VIR
红外线
GaAs
940
（5）、LED芯片的主要产家
光磊（ED）、国联（FPD）、鼎元（TK）、华上（AOC）、汉光（HL）、AXT、广稼
3、芯线
通常使用铝线或金线
4、胶水
所用到的胶水有A胶、B胶、荧光粉、硅胶，现在使用较多的厂家有：
道康宁、信越、台湾弘大
A、B胶：
荧光粉配比有：
3：
1、4：
1、5：
1、6：
1、9：
1、10：
1、12：
1（配比单位为克），配比主要看注胶量大小和需要达到的色温和光通量。
另外中电十三所有一种配比方式为：
A:
B:
荧光粉=3ML：
3ML：
0.13g
5、LENS
LENS是由树脂材料或硅胶在塑压成型的。
是为了有效保证LED的外形和光线折线角度设计的。
LENS通常外形是半球形，两边有小孔，如下图所示；但通常其小孔有圆形和半圆形两种，圆形孔我们可能使用半自动灌胶，而半圆孔则不能使用半自动，否则溢胶情况将十分严重。
五、白光的形成条件：
白光LED图片如下：
LAMP白光白光大功率
食人鱼白光
1、可见光的光谱和LED白光的关系。
众所周之，可见光光谱的波长范围为380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。
例如LED发的红光的峰值波长为565nm。
在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。
由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。
但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。
根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光＋黄色光）或三波长发光（蓝色光＋绿色光＋红色光）的模式。
上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。
目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，比如日本的日亚化学、日本的丰田合成、美国的CREE、德国的欧司朗等，所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。
2、白光LED的工艺结构和白色光源。
对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用四种方法形成。
一、蓝LED+发黄光的萤光粉（如：
YAG）
二、红LED+绿LED+蓝LED
三、紫外线LED+发红/绿/蓝光的萤光粉
四、蓝LED+ZnSe单结晶基板
3、白光LED照明新光源的应用前景。
为了说明白光LED的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。
白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。
对白光LED：
在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。
有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，如凯帝光电科技生产的１Ｗ白灯就已经达到60流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。
那时的白光LED的工作电流就可达安培级。
由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。
普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间100000小时以上），几乎无需维护。
目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。
可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。
LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。
其它使用设备说明：
BONDING工序：
手工设备只有一些小厂会使用，效率和合格率都不高。
自动bonding目前做的最好的是ASM，其它品牌都达不到其效果，可以说一家独大，其效率最高可以做到12K-15K/H，跟据设备型号和调试的差异有可能会不足此效率。
且此设备价格在40-50W左右，购买必须先付全款三个月后才能拿到设备。
但通常如果购买自动机的话都会选择ASM。
点胶工艺：
一个点胶系统包括：
一台机械手+一台点胶机+连接器+针筒+针头+其它配件。
对于直插来说，因其点胶位置控制精确，胶量十分微小而且胶水的粘度变化范围很大，所以并不是所有点胶机都可以使用。
烘箱：
通常使用大型烘箱，对烘箱温度控制要求不并高，烘烤加热温度通常为120度左右。
如中微光荧光胶固化温度便是120度15分种。
真空脱泡机：
目前绝大多数LED企业所使用的荧光胶处理方法都是手工搅拌均匀的再进行真空脱泡
六、LED分类：
LED可生产工艺和应用可分为六大类，分别为直插LED、大功率LED、SMDLED、食人鱼LED、数码管、TOPLED和点陈LED。
1、直插LED（Lightemittingdiode）：
我们有叫它LAMPLED产品的、有叫它P2产品的、也有叫它插件LED的，不管怎么样只要是直插式的都归与一种。
而LED种类里面还有很多种类：
按胶体形状分：
3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等；
按胶体颜色分：
无色透明、有色透明、有色散射、无色散射等；
按颜色分：
红色（red）、橙色（orange）、黄色（yellow）、黄绿色（greenyellow）、绿色（green）、蓝绿色（bluegreen）、蓝色（blue）、紫色（pink）、紫外线（uv）、白色（white）、红外线等等；
直插LED为现用最普通的LED产品，主要用于彩灯的制作和各种指示灯，制作工艺已非常成熟，成本很底，销售价格只有几分钱一个，所以做直插通常很讲究产能的提高，反而工艺除了白光外几乎没有任何问题，
圆头封装平头封装
2、.SMD（Sufacemountdevice）:
表面贴装二极管或表面贴装元器件都是他的叫法，这个里面也有多中类别：
按形状大小分：
3528、3020、3808、3806、3804、0603、0805、1210、5060、1010等等，一般smd都是菱形的，所以其叫法都是根据长*宽的尺寸来叫，行业善用的都是英寸，不是毫米，也有用毫米叫的，不如1608（1.6*0.8mm）等。
发光颜色和胶体的种类和直插LED产品一样，只是产品的形状发生了很大的变化。
3、.食人鱼（Fluxled）：
这个是因LED的发光效率不能满足汽车使用其要求，所以就开发了这个产品，是小功率产品，其驱动电流一般在50MA、一般LED用的20MA，最高电流可以达到70mA，就是因为其散热比较好，一般用在汽车后尾灯。
4、.大功率（powerled）：
大功率LED灯具有光效高，寿命长（20000小时以上）、发热量低等特点，多被用于照明，如路灯，室内照明。
现有照明的大功率LED产品,它有以下分类：
按功率分：
1w、3w、5w、30w、50W、100w等等
按顶部发光透镜分:
平头、聚光、集成、酒杯形状等
按工艺还有铝基板的和防luminous的。
集成大功率普通大功率1W大功率
5、.数码管（Display）：
最早用在来做显示屏和数码显示用的
按外形分：
1位、2位、3位、4位等等
表面颜色：
灰面黑胶的、也有黑面白胶的等等
极性：
共阴、共阳
颜色也和LED一样可以做很多种类。
通常用来做数字显示器。
6）、点阵（LEDDotMatrix）:
这个产品和数码管差不多，都是应用在信息显示的。
其间距和孔的直径有改变都是不同的产品，现在一般分5*7和8*8的，其颜色有单色、双色、三基色的等等。
此产品用于大型显示屏的制作。
，像户外的一些大型广告屏都是采用点阵LED组成。
按颜色分：
单红，单绿，双基色，三基色等；
按孔的直径分：
Φ2.0，Φ3.0，Φ3.75，Φ5.0等；
按点数分：
5*7，8*8，16*16等
7、.侧光LED（Side-LED）：
目前，LED封装的另一个重点便侧面发光封装。
如果想使用LED当LCD（液晶显示器）的背光光源，那麼LED的侧面发光需与表面发光相同，才能使LCD背光发光均匀。
虽然使用导线架的设计，也可以达到侧面发光的目的，但是散热效果不好。
不过，Lumileds公司发明反射镜的设计，将表面发光的LED，利用反射镜原理来发成侧光，成功的将高功率LED应用在大尺寸LCD背光模组上
8、TOPLED：
顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极体。
主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯
七、工艺流程及相应设备
就工艺而言，所有的LED都是大同小异，无非是清洗支架、DIEBONDING、WIREBONDING、DISPENSER、封装、测试。
只是因为产品、胶水和工艺要求大同小异罢了。
以下我们就来详细讲解下各种LED的制作工艺。
一、直插（LAMPLED）
简略工艺流程图如下：
工艺步骤讲解：
1、超声波清洗支架
设备：
超声波清洗机
作用：
将支架表面的污渍清洗干挣，以避免因此对点胶效果的影响。
2、Diebonding
设备：
固晶机（ASM或其它手动固晶机）
胶水：
银浆或锡膏
作用：
将芯片固定在支架上。
产能：
12-15K/H
3、Wirebonding
设备：
固线机（ASM或其它手动固晶机）
材料：
铝丝或金丝
作用：
将支架的正负极与芯片连接起来，以形成一个完整的电流回路。
产能：
12-15K/H
4、点荧光粉
设备：
1、Shotmini300s+ML-808FX+TCU-05F+TB-10-P-F+AT-10E+PSY-10E+HN-0.2N
2、ASM点胶机
材料：
A、B胶+荧光粉（黄色）混合后最多能够使用90分种，而且在使用过程中，荧光粉会产生沉淀，并且随着时间和温度的变化，胶体的流动性也会产生变化，随着高度的增高而增大流动性，随着时间的延长会增加其粘性。
配比通常有（3:
1,4:
1,5:
1,6:
1,10:
1,12:
1）其比例是A,B
参数：
气压110KPA，点胶时间0.01S。
点胶动作：
打点操作，但注意不能出现挂胶和胶量不均现象。
作用：
将混合好的胶水点在直插的灯杯中，使其与芯片发出的蓝光混合发出白光。
产能：
7K/H（MUSASHI），12K（ASM）
品质：
因原材料品质不同最高可达到3个色区（XY座标0.03）95%良率。
（胶水使用时间1.5小时，点胶机胶量补偿功能需要打开）（结果出至深圳泓亚光电）
5、烘烤
设备：
烘箱
参数：
120度15min（中微光参数）
作用：
使荧光胶充分固化
6、灌封
设备：
灌封机
动作：
灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧树脂，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱中让环氧树脂固化后，将LED从模腔中脱离出即成型。
效果：
目前不明
7、烘烤
设备：
烘箱
参数：
不明
作用：
固定直插灯杯外形，保证外观质量。
8、切架
设备：
切架机
作用：
将整条封装完成的LED切成单个产品，以便于测试和销售。
9、分光测试
设备：
分光仪
作用：
通过仪器测试LED的色温确定产品参数是否符合生产要求，并检查是否存在死灯情况。
从而确定产品的良品率。
其主要参数为色温。
通常色温就能够代表LED灯所发出的光线颜色。
注意事项
直插生产过程中要特别注意点胶时间的控制，而且必须使用TCU-05温控器以控制胶体温度，通常为26度，且室温必须在此温度以上，否则难以恒定，胶水使用前必须进行搅拌和脱泡处理，使胶体内荧光粉均匀分布，无气泡，以保证LED发光效率，如果灯杯内5倍显微镜下可见气泡则为不良品。
而且随着时间的延长，胶体会慢慢变粘，温度越高此过程越快，胶水最佳使用时间为60分钟内，最长不得超过90分钟。
二、SMD-LED
工艺流程：
与直插相似
配置：
SHOTMASTER300S、ML-808FX、TCU-05F、TB-30C-P-F、产品夹具
针头选用：
3528，用SNA-21G针头
3020，用SNA-22G针头
3808，用SNA-24G、HN-0.2N针头
3806，用SNA-25G、HN-0.15N针头
3804，用HN-0.1N针头
效率：
均可达到4.5K-5K/H（单头）
品质：
93%-97%，客户分光标准不等。
（结果出至广州鸿利光，深圳鸿凯光电）
三、食人鱼
食人鱼生产流程参照直插流程，除了支架不同外。
其它操作工敢基本相同，在此就不详细说明了
配置：
SHOTMASTER300S+ML-808FX+TCU-05F+TB-30C-P-F+产品夹具+SN-24G针头
效率：
每天正常生产按22小时计算，产能为双头160K-180K。
品质：
可以达到4个色区93%以上的良率。
（结果出至深圳鸿利光电子，2KK量产试做）
四、大功率
工艺流程图：
集成大功率流程图普通盖LENS大功率流程图
重要工艺讲解：
普通大功率：
点荧光胶：
设备：
shotmaster300s+ML-808FX+TCU-05F+TB-30E-P-F+PSY-30E+AT-50E+HN-0.2N+支架定位模具
目前很多工厂都在采用手动点胶,且大功率目前还处于发展前期,并没有相应的配套点胶设备,但其点胶工艺要求不高,所以以后应该都会采用半自动或全自动,且较容易实现,必然会有很多竞争对手.
点胶动作：
打点操作
胶水：
A、B胶+荧光粉/硅胶
产能：
3K-4K/H
作用：
利用蓝色芯片和黄色荧光粉混色效果使LED发出白光。
盖LENS:
设备:
shotmaster300s+吸附装置+专业模具
目前此动作95%以上厂家都采用手动操作,因为其前盖形状各异,虽然部分产品我们可以实现半自动操作,并可将合格率提到90%以上,但并不是每种都可以,只有在实验后才能确定,所以在向客户推荐产品时一定要先确定是否可进行此操作.
动作:
先将LENS用吸附头吸起后移动到支架相应位置上方,再用力下压将其装到支架上.此动作是否可顺利完成的关键是LENS是否适合吸附和定位精度.
作用:
LENS可以保证大功率的外形一致,且能够增加大功率的光线射出角度.但必须注意模具的配合，此项至关重要。
产能:
400PCS/H（人工）,1200PCS/H（MUSASHI半自动设备）.
LENS组装过程中吸附的稳定性和定位精度必须得到保证在5S以内，否则容易出现不良。
灌胶:
设备:
shotmaster300s+ML-808FX+PSY-30E+AT-50E+HN-0.2N+支架定位模具（跟据产品不同针头会跟着改变）
动作:
用针头尖端从LENS一端的小孔中伸进去,然后进行出胶操作,让胶水慢慢从针头中流出充满LENS内部空间.（整个过程只能一次性完成,不可间断,否则LENS内部极易出现气泡）
作用:
使光线折射出角度达到设计要求,增加散热能力并将LED内部完全固定.
效率:
600-700PCS（半自动设备）,250-300PCS/H（人工）
灌胶动作一直以来都是人工进行操作,效率不高且溢胶情况较为严重,现在我们可以采用半自动设备代替人工去完成此项工作,虽然工作效率有所提高但是溢胶情况仍无法得到有效处理,仍然会有胶水溢出,所以跟客户推荐时一定要注意客户允许溢胶要求,另外小孔必须是圆形才有半自动操作可能,否则会因溢胶过于严重而无法完成.
注意：
进行灌胶操作的产品LENS必须是圆形的，如果是半圆的话将会出现大量溢胶。
另外跟据产品小孔到球形面的距离针头会选择HN或SPN。
HN针头注胶效果最佳，因为其不但能够完全堵住小孔还可以保持较高的胶水吐出速度。
集成大功率
点荧光胶：
设备：
shotmaster300s+ML-5000X+TCU-05F+TB-30E-P-F+PSY-30E+AT-50E+HN-0.4N+支架定位模具点胶机（此种大功率因点胶量较大，所以不用特别使用高精度点胶机）
胶水：
A、B胶+荧光粉（3ml:
3ml：
0.13mg为一种配比）
动作:
通常集成大功率点胶是用荧光胶将整个灯杯填满，成平杯或者微凸形状。
而且灯杯上不用盖LENS。
点胶量约为0.1g
效率：
因集成大功率点胶量较多，且很少有企业会生
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