LED封装技术习题解答资料.doc

LED封装技术习题解答第一次作业1. 第一只发光二极管是哪年有哪家公司发明的？答：1962年由美国通用公司发明。2. LED有哪些主要优点？答：(1)高效低耗（节能）；(2)绿色环保（无汞污染，安全可靠）；(3)寿命长（50000小时），每天按8小时算，可以用17年；(4)响应速度快（启动在ns-ms量级）；(5)体积小，重量轻；(6)耐振动（固态器件）；(7)色彩鲜明、辨识性优良（色饱度高和显色指数高）；(8)平面发光，光束方向性好（最大在2空间内）。3. LED封装的主要功能有哪些？ 答：(1)机械保护，以提高可靠性；(2)电气连接和加强散热，给芯片供电，并尽量降低芯片结温，提高LED性能，延长使用寿命；(3)光学控制，提高出光效率，优化光束分布等。第二次作业1. 能带与能级的区别是什么？ 答：单个原子的能级是分立的，N个相距无限远的原子能级也是分立的，当固体中N个原子紧密排列时，由于原子间能级的共有化运动，原来同一大小的能级这时彼此数值上就有小的差异。同一能级就分裂成为一系列和原来能级很接近的仍包含N个能量的新能级。这些新能级基本上连成一片形成能带。2. (1) 已知GaAs半导体材料的 Eg=1.424eV，求该材料的发光波长=？(2) 已知 InGaAsP 的发光波长是1300nm，求该材料的禁带宽度Eg=？解：（1） （2）答： GaAs半导体材料的发光波长是870nm，InGaAsP的禁带宽度是0.954eV。3. 某直接带隙半导体材料的发光波长为550nm，求其在常温27时光谱的半强度全宽 。解：答：该半导体材料在常温27时的半强度全款为11.3nm。4. 在AlGaN半导体材料中，Al的百分比是0.63，求其在常温27的峰值波长，并求出该发光材料光谱的半强度全宽。解：（1） （2）答：峰值波长是227nm，该发光材料光谱的半强度全宽1.9nm。第三次作业1. 已知电子的有效质量me=9.110-31kg，空穴的有效质量 mh=3.810-30kg， GaAs单量子阱厚度d=8nm，计算在第一个电子的子能带态(n=1) 和在第一个空穴子能带态(n=1)的偏移。解：答：电子和空血穴的子能带态分别是5.85meV和1.40meV。2. GaAs量子阱带隙能量Eg1=1.424 eV，由上题已知条件，求该LED在第一子能带态的发光波长。解：答：该LED的发光波长为866nm。3. 绘出置于120o反光碗（反光杯）的芯片上发光层中点和边缘点两个发光点发出的与芯片表面法线成0o、45o、90o三条光线在反光碗上的反射光线（绘制在两个图上）。绘图如下：结论，芯片每个反光点上发出的0o、45o、90o三条光线只有90o的那条光线可以通过光杯反射而起到聚集光束的作用。中间发光点边缘发光点第四次作业1. 银胶从冰箱取出为什么要放置退冰 答： 使瓶内空气与室温相同避免产生雾气留在瓶内。水气水份是银胶的天敌。2. 退冰后为什么要轻缓慢地搅拌到粘度均匀为止 答： 快速搅拌会因摩擦产生热量造成银胶的硬化加快不利于作业或储存。3. 搅拌后为什么要立即使用答：利用均匀粘度产生紧密的接着力， 如不立即使用银胶的银粉会沉淀。4. 备胶后，点胶为什么要在1小时内接着用?答： 放置时间太久银胶表面会先胶化丧失接着力。5. 为什么要依照时间及温度烘烤答： 烘烤时间太短银胶硬化不完全。 烘烤过久温度过高浪费能源银胶会胶化丧失接着力。6. 已知金线的极限抗拉强度，求直径23m(0.9mil)的金丝的最大拉力； 焊接界面铝垫的极限抗拉强度，金丝球焊线机对该金丝的实际焊接面积为，求金线与铝垫的界面拉脱力。解：金线的最大拉力为： 金线与铝垫的界面拉脱力： 答：金线的最大拉力为8.8g，金线与铝垫的界面拉脱力10.3g。第五次作业：1. 制造白光LED方法主要有哪几种？答：制作白光LED有六种方法，分别是：（1）多色芯片白光LED（2）蓝芯片+荧光粉白光LED（3）紫外线芯片+发红/绿/蓝光的萤光粉白光LED（4）蓝芯片+ZnSe单结晶基板白光LED（5）光子晶体白光LED（6）量子阱白光LED2. 阐述多色芯片中三芯片白光LED红、绿、蓝光的混色原理。品红红绿蓝白黄青答：三芯片LED是利用加色法的三基色原理而研发出来的白光LED，当混色比43(R):48(G):9(B)时，光通量的典型值为100lm，对应CCT标准色温为4420K，色坐标 x 为0.3612，y 为0.3529。如图所示：3. 指出紫外单芯片+红、绿、蓝荧光粉的白光LED的优缺点。答：优点：显色性好、制备简单。缺点：发光效率低。泄露的紫外光对人眼有伤害。紫外光的波长越短时对人眼的伤害愈大，须将紫外光阻绝于白光LED结构内。再就是荧光粉温度稳定性问题有待解决。4. 写出YAG荧光粉的制备化学表达式。答：Y2O3+A12O3YAM(900-1100) YAM+A12O34YAP(1100-1250) 3YAP+A12O3YAG(1400-1600) 第六次作业：1.影响白光LED寿命的主要因素有哪些？答：（1）芯片良好的导热性；（2）芯片的抗静电性能；（3）芯片的抗浪涌电压和电流等。2.pn结温度升高对白光LED有什么影响？答：（1）pn结温升，光衰增大，色温也产生变化；（2）发光主波长漂移；（3）影响蓝光对荧光粉的有效激发。3.直插0.06瓦小功率LED负极引脚焊点的温度为42.5，芯片到焊点的总热阻16/W，试求该LED的结温是多少？解：答：该小功率LED芯片结温是43.464.某大功率LED,其功率为5瓦，支架焊接点的温度为55，芯片到焊接点的总热阻7/W，试求该LED的结温是多少？解：答：该LED的结温是90。第七次作业：1. 系统电路板的厚度为1.5mm，用其双面敷铜制作发热电子元件的散热器。已知金属化过孔外径为710-4mm，壁厚为110-4mm，过孔数量为50个，敷铜材料的热导率为390W/mK，求该散热器的热阻是多少？解：答：该散热器的热阻是4.08105/W。第八次作业：1. 某直插式LED球面曲率半径为1.5mm，环氧树脂包封材料的折射率为1.5，空气折射率为1.0，芯片距离球面定点O的距离分别如表中所示，求芯片像的位置，填于表格中，并说明像的虚实等特征。(mm)-1.5-3-4.5-6(mm)像的特征解：由和s=-1.5mm,-3mm,-4.5mm,-6mm得：(mm)-1.5-3-4.5-6(mm)-1.5-612像的特征虚像虚像成像无穷远实像第九次作业1. 在直插式LED封装时，芯片可以视为点光源，芯片位于环氧树脂圆柱底面的坐标原点处，圆柱高度为5mm。求三个随机数时，芯片发出的某个光子与圆柱面的碰撞位置C的坐标（保留两位小数）。解：由，得： ， ，（mm），。 答：该光子在球面上的碰撞位置C。2. 在大功率单芯片LED封装时，芯片可以视为点光源，假如芯片位于硅胶半球透镜的圆心处，即坐标原点处。若封装球面的曲率半径，求三个随机数时，芯片发出的某个光子与球面的碰撞位置B的坐标（保留两位小数）。解：由，得： ， ，（mm），。 答：该光子在球面上的碰撞位置C。第十次作业1. 某GaN发光二极管，温度变化系数k = -2mV/K。在结温50时它的正向电压降为3.40伏，当结温上升到80时其正向电压降是多少？解：由得： 答：其正向电压降是3.34伏。2. 某大功率LED在环境温度25 时，测得其正向电压降为3.2伏、正向电流为1.56安，工作结温75。若电光转换效率为30%，求其热阻是多少？解：由得：答：大功率LED的热阻是14.3K/W。第十一次作业1. 已知某单色光在CIE1931-RGB系统中的色度坐标r()=0.4, g()=0.4，b() =0.2（三者之和等于1)，求在CIE1931-XYZ系统的色度坐标 x()、y()、z() 的值(结果均保留四位有效数字)，并验证后三者之和是否也等于1？解：由 得：答：在CIE1931-XYZ系统的色度坐标 x()、y()、z() 的值分别为0.375、0.415、0.210，且三者之和等于1。2. 某单色光LED在CIE1931-XYZ系统的坐标距E白点距离是20mm，而它的主波长距E白点的距离是25mm，求该LED的色纯度。解： 答：该LED的色忖度为80%。3. 在同一坐标系中，某白光LED发光谱线下的面积是SLED=9cm2，而太阳光谱线下的面积为Ssun=10cm2，该LED的显色指数是多少？解：.答：该LED的显色指数为0.9。