LED芯片、灯珠、灯具及其制程的100个疑难问题及其解答 1.LED是什么?答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(绿照明)?答: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?答: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?
答:1.LED发出的光既不是单光,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?
答: LED 因其颜不同,而其化学成份不同:
如红 ：铝-铟-镓-磷化物
绿和蓝: 铟-镓-氮化物
白和其它都是用RGB三基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.各种颜的发光波长是多少?
答:目前国内常用几种颜的超高亮LED的光谱波长分布为460～636nm,波长由短到长依次呈现为蓝、绿、黄绿、黄、黄橙、红.常见几种颜LED的典型峰值波长是:蓝——470nm,蓝绿——505nm,绿——525nm,黄——590nm,橙——615nm,红—
—625nm.7.LED有哪几种封装方式?答: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?答:1．按发光管发光颜分按发光管发光颜分,可分成红、橙、绿（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的芯片.根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有还是无,上述各种颜的发光二极管还可分成有透明、无透明、有散射和无散射四种类型。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φ3m m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?
答: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.
10.LED的基本照明术语有哪些?
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 L，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.
温:光源发射光的颜与黑体在某一温度下辐射光相同时,黑体的温度称为该光源的温.
光源温不同,光也不同,温在3300K以下有稳重的气氛,温暖的感觉；温在3000--5000K为中间温,有爽快的感觉；温在5000K以上有冷的感觉.不同光源的不同光组成最佳环境,如表：
温>5000k: 光为清凉型（带蓝的白）,冷的气氛效果；
温在3300-5000K：光为 中间(白) ，爽快的气氛效果；
温<3300K：光为 温暖(带红的白) ，稳重的气氛效果 .
a. 温与亮度 高温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉.
b. 光的对比 在同一空间使用两种光差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光的层次.
显性: 光源的显性是由显指数来表明，它表示物体在光下颜比基准光（太阳光）照
明时颜的偏离能较全面反映光源的颜特性.
显分两种
忠实显：能正确表现物质本来的颜需使用显指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显性最好.
效果显：要鲜明地强调特定彩,表现美的生活可以利用加法来加强显效果.
由于光线中光谱的组成有差别，因此即使光相同，灯的显性也可能不同.
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.
11.什么是大功率LED?
答:大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于0.35W(含0.35W)的
我国虽有多家企业开发生产LED城市照明路灯，但很多是用小功率LED阵列作发光体，散热问题解决了，所用LED数量要很多，小功率LED光衰强，安装成本高;城市照明LED路灯采用大功率LED是发展的趋势，少数用大功率LED作发光体的路灯产品由于没有很好地解决功率达到一定量时，LED的散热问题;LED的散光和聚光控制问题;路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题;光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题。因此产
品性能还不尽如人意;高性能的产品价位又居高不下，难以推广普及。散热和可靠性是影响LED应用主要因素
LED光源有两种做法，一种是使用传统小功率LED作组合，一般多达上百颗甚至数百颗，电源设计复杂。另一种是使用大功率管作光源，价格比较贵。两种方法都不可避免地要将散热设计和工作可靠性作为主要设计考虑因素，国内多应用于政府示范性工程，真正市场化运作的工程很少，国外这方面的应用实例较多，但其最大的缺点依然是可靠性、出光流明数和价格，很多工程由于LED品质低劣，没有很好地表现出寿命长的优点。还有，从成本、市场的角度考虑，LED作为照明光源，其是否与太阳能结合使用，在设计上需要走不同的路线，并不是单独作为一种光源来开发就能完成的。
LED器件产品应用到路灯上，技术上的特殊要求主要是要结合LED光强和发光角度来设计，另外由于多颗LED组合，出光设计方面要兼顾照射面域，灯具方面需要重点考虑散热的有效性。
LED路灯与普通路灯的对比优势：节能、环保，易于和低压适配，也可和太阳能系统直接配套，无需额外的逆变、转换过程，能达到最大的能源利用率。
不足：照明角度偏小、不均匀，颜显指数偏低，光学、散热设计复杂。
技术上的不足：当前技术下的光通量还不够，光效太低，品质难以保证。
解决措施：LED产品应用于路灯需要专门的设计，也需要专门的标准(用传统光源的测试数据来评价LED光源往往并不客观)。
LED应用于路灯有先天的优势也有劣势。优势在于：第一，LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题；第二，对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费；第三，温可选，这样在不同场合的应用中，也是提高效率、降低成本的一个重要途径；第四，技术进步空间依然很大。
劣势(影响路灯推广应用的因素)：当前价格还太高，光通量低，当前同等照度设计的LED光源价格大约相当于传统光源的4倍(不过在路灯产品中，光源部分占总成本并不高，所以在工程安装中的成本提高比例也不会太高，应用的空间还是比较大的)，在民用中难以承受。当前设计和制造标准比较混乱，损坏比例高，影响了LED的寿命优势。
12.LED温的特性?
答:温指的是光波在不同的能量下,人类眼睛所感受的颜变化.
在温的计算上，是以 Kelvin 为单位，黑体幅射的 0Kelvin= 摄氏 -273 ° C 做为计算的起点.将黑体加热,随着能量的提高,便会进入可见光的领域，例如,在 2800 K 时,发出的光和灯泡相同，我们便说灯泡的温是 2800K.
可见光领域的温变化,由低温至高温是由橙红 --> 白 --> 蓝.
温的特性
1.在高纬度的地区,温较高，所见到的颜偏蓝.
2.在低纬度的地区,温较低，所见到的颜偏红.
( <---- 低温 ------------------ 高温 ----> )
3.在一天之中，温亦有变化，当太阳光斜射时,能量被( 云层、空气 )吸收较多,所以温较低.当太阳光直射时,能量被吸收较少,所以温较高.
4.Windows 的 sRGB 彩模型是以 6500 K 做为标准温,以 D65 表示之.
5.清晨的温大约在 4400 K.
6.高山上温大约在 6000 K.
不同光源环境的相关温度光源温
北方晴空 8000-8500k
阴天 6500-7500k
夏日正午阳光 5500k
金属卤化物灯 4000-4600k
下午日光 4000k
冷营光灯 4000-5000k
