LED及其应用技术问答
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3.LED芯片由哪些部分组成? 各组成部分的作用是什么?

传统发光二极管(LED)一般是用透明环氧树脂将LED芯片与导线架(lead frame)包覆封装而成的,封装后的镜片状外形可将芯片产生的光线集中照射至预期的方向。由于圆柱状形状类似炮弹,所以它被称为炮弹型LED。这种LED芯片主要由支架、银胶、晶片、金线和环氧树脂5种物料组成,如图2-3所示。

图2-3 传统LED芯片的结构

1)支架

支架的作用:导电和支撑。

支架的组成:支架由支架素材经过电镀而形成,由里到外是素材、铜、镍、铜、银(共5层)。

支架的种类:带杯的支架做成聚光型,平头的支架做成大角度散光型的Lamp(灯具)。常用芯片支架的种类如表2-1所示。

表2-1 常用芯片支架的种类

2)银胶

银胶的作用:固定晶片和导电。

银胶的主要成分:银粉占75%~80%,EPOXY(环氧树脂)占10%~15%,添加剂占5%~10%。

银胶的使用:冷藏。使用前需解冻并充分搅拌均匀,因银胶放置长时间后,银粉会沉淀,如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能。

3)晶片(Chip)

晶片的作用:晶片是LED Lamp的主要组成物料,是发光的半导体材料。

晶片的组成:晶片由磷化镓(GaP)、镓铝砷(GaAlAs)或砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等材料组成,其内部结构具有单向导电性。

晶片的结构:按结构分有焊单线正极性(P/N结构)晶片和双线晶片两种。晶片的尺寸单位为mil(密耳,1mil=0.0254mm)。LED晶片的基本结构如图2-4所示,图2-4(a)为正装结构的LED晶片的基本结构,传统的蓝宝石衬底的GaN基晶片热通道相对比较长,而且蓝宝石的热导系数较低,使其导热能力较低;图2-4(b)为垂直结构的LED晶片的基本结构,垂直结构的GaN基晶片热通道相对于传统的正装晶片较短,而且采用高导热金属材料作为基板,使其具有非常高的热导能力。此外,上下电极的结构,减少了出光面的金属电极面积,从而可使更多的光得到有效利用。

图2-4 LED晶片的基本结构

晶片的焊垫:一般为金垫或铝垫。其焊垫形状有圆形、方形、十字形等。

晶片的发光颜色:晶片的发光颜色取决于波长,常见可见光的分类大致为暗红色[700nm(纳米,1nm=10-9 m)]、深红色(640~660nm)、红色(615~635nm)、琥珀色(600~610nm)、黄色(580~595nm)、黄绿色(565~575nm)、纯绿色(500~540nm)、蓝色(450~480nm)、紫色(380~430nm)。

白光和粉红光是一种光的混合效果。最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光+红色荧光粉混合而成的。

晶片的主要技术参数如表2-2所示。

表2-2 晶片的主要技术参数

4)金线

金线的作用:连接晶片PAD(焊垫)与支架,并使其能够导通。

金线的纯度:一般含99.99%的Au;其延伸率为2%~6%。

金线的尺寸有:0.9mil、1.0mil、1.1mil等。

5)封装树脂

封装树脂由A胶(主剂)、B胶(硬化剂)、DP(扩散剂)、CP(着色剂)四部分组成。其主要成分为环氧树脂(Epoxy Resin)、酸酐类(酸无水物Anhydride)、高光扩散性填料(Light diffusion)及热安定性染料(dye)。

环氧树脂的作用:保护Lamp的内部结构,可稍微改变Lamp的发光颜色,亮度及角度;使Lamp成型。

6)模条

模条是Lamp成形的模具,一般有圆形、方形、塔形等。支架植入的深浅由模条的卡点高低所决定。模条需存放在干净及室温以下的环境中,否则会影响产品使其外观不良。