1、LED封装技术习题解答docxLED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：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nsms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）平血发光，光朿方向性好（最大 在2兀空间内）。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，并尽童降低芯
2、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：单个原了的能级是分立的，N个相距无限远的原了能级也是分立的，当固体屮N个原子紧 密排列时，由于原了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。这些新能级基木上连成一 片形成能带。2.（1）已知GaAs半导体材料的Eg=1.424cV，求该材料的发光波长力？ （2）已知TnGaAsP的发光波 长是1300nm,求该材料的禁带宽度E歹？答：GaAs半导体材料的发光波长是870nm,
3、InGaAsP的禁带宽度是0.954eVo3.某宜接带隙半导体材料的发光波长为550nm,求其在常温27C时光谱的半强度全宽入。答：该半导体材料在常温27C时的半强度全款为11.3nmo4.在AIGaN半导体材料屮，AI的百分比是0.63,求其在常温27C的峰值波长，并求出该发光材料 光谱的半强度全宽入。解：(1) Al,.Ga“N：1240546En =3.42cV + x2.86cV + x(l-x)1.0cV=3.42cV + 0.63x2.86cV + 0.63x(l-0.63)xl.0cV =3.42eV + 1.80eV + 0.23eV = 5.46eV5二heJ.8xl.38x
4、l0-j/KX300Kx(227xl0-m)1910.9m = 19nm6.626xl034J-sx3xl08m/snm = 227nm答：峰值波长是227nm,该发光材料光谱的半强度全宽1.9nmo第三次作业1.己知电子的有效质量/He=9.1X10-31kg,空穴的有效质杲/Hh=3.8XW3Okg, GaAs单量子阱厚度 c/=8nm,计算在第一个电了的了能带态(=1)和在第一个空穴了能带态(=1)的偏移。E，=丄= (6.626x10T s)2 4.390xl0(J s)2 =9 422x10也J解：W 叫 8x(8xl0_9m)2x9JxlOkg 4.659xl0_46m2-kg =
5、 5.85xl03eV = 5.85meVh2 1 (6.626xIO-34 J s)2 4.390x100(J s)2 小 -22 T=1 1 ”m = 2256x10 J8t/2 mh 8x(8xlO9m)2x3.8xlO_3kg ldzlOm2-kg= 1.40x10“ eV = 1.40meV答：电了和空血穴的了能带态分别定5.85meV和1.40meVo2. GaAs最了阱带隙能量Egi=1.424 eV,由上题己知条件，求该LED在第一子能带态的发光波长。方2 1 1解：F m = E + (_ + )= 1.424eV+5.85xlO-3 eV+ 1.40x10-3 eV = 1
6、.431 eVg如8d八叫mh2 1240 1240A = = nm = 866nmEg El答：该LED的发光波长为866nm03.绘出置于120。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0、45 90三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0、45 90。三条光线只有90。的那条光线可以通过光杯 反射而起到聚集光束的作用。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
7、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，丧失接看力。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，丧失接肴 力。6.已知金线的极限抗拉强度CTb = 207MPa ,求肓径23呵(0.9mil)的金丝的最大拉力；焊接界面铝 垫的极限抗拉强度几亦=393MPa ,金丝球焊线机对该金丝的实际焊接面积为&罰=257“n?,求 金线与铝垫的界面拉脱力。解：金线的最大拉
8、力为：F = 0/很=207xl06P x3.14x(11.5xl0_6m)2 =0.086N = 8.8g金线与铝垫的界血拉脱力：F = pmax4eal = 393xlO6Pa x257xlO_12m2 = 0.101N = 10.3g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+ZnSc单结晶基板白光LED(5)光子晶体白光LED(6)量子阱白光LED2.阐述多色芯片屮
9、三芯片H光LED红、绿、蓝光的混色原理。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1001m,对丿ZCCT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、蓝荧光粉的片光LED的优缺点。答：优点：显色性好、制备简单。缺点：发光效率低。泄霜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+A12O3T YAM(900 1100
10、 C)YAM+A12。34 YAP( 1100 1250 C)3YAP+A12O3T YAG( 1400-1600 C)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H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42.5C,芯片到焊点的总热阻16C/W,试求该LED 的结温是多少？解：Np+（Rhj-spXP） T）=心 + （陥 sp X P） = 4
11、2.5 + （16x0.06） = 43.46C答：该小功率LED芯片结温是43.46C4.某大功率LED,其功率为5瓦，支架焊接点的温度为55C,芯片到焊接点的总热阻7C/W,试求该 LED的结温是多少？解：.7；=UxP） T-=心 + （/?thj_sp x P） = 55 + （7x 5） = 90C答：该LED的结温是90C。第七次作业：1.系统电路板的厚度为1.5nwi,用其双而敷铜制作发热电子元件的散热器。己知金属 化过孔外径为TXlOmm,壁厚为1 XlOmm,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？r 1.5x10 解：e nkx7r（D
12、t-r） 50x390x34x（7xlO7 xlO-7-10-14）= 4.08x10 C/W答：该散热器的热阻是4.08X10sCAVo第八次作业:1.某03直插式LED球面曲率半径为1.5mm,环氧树脂色封材料的折射率为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 格屮，并说明像的虚实等特征。5 (mm)-1.5-3-4.56s (mm)像的特征n n n n解：由丁丁飞和丁曲-3mm, -4.5mm, -6吶得:s (mm)-1.5-3-4.5-6H (mm)1.56oo12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08 LED
13、装时，芯片可以视为点光源，芯片位于环氧树脂圆柱底血的坐标原点 0(/,/,/)处，圆柱高度为5mm。求三个随机数l = ,m = 2,n = 1时，芯片发出的某个光了与圆柱 面的碰撞位置C的坐标(保留两位小数)。解：由 = = 土，宀尸*啥X詣+4宀宀4 6x16,答：该光子在球面上的碰撞位置C(兀=1.43,y = 3.26, z = 1.43)。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7? = 3.5 mm ,求三个随机数/二1,加=1/ = 2 时，芯片发出的某个光了与球面的碰撞位置B的坐标(保留两位小数)
14、。解：由口 = 口 =丄，宀才+齐用得：I tn nx = y = , x2 +x2 +4x2 = 3.52 -* 6x2 = 12.25 ,212.25x y J = 1.43 (mm), z = 2x = 1.43x2 = 2.86(mm)。答：该光子在球面上的碰撞位置C(x = 1.43,y = 1.43,z = 2.86)。第十次作业1.某GaN发光二极管，温度变化系数k = -2mV/Ko在结温50C时它的正向电压降为3.40伏，当结温 上升到80C时其正向电压降是多少？ 解：由*(筠)=(7；) +也7得:人(妇)=人)+ EAT = 3.4 - 2 x 10一3 x (80 -
15、50) = 3.40 - 0.06 = 3.34( V)答：其正向电压降是3.34伏。2.某大功率LED在环境温度25 CW，测得如正向电压降为3.2伏、正向电流为1.56安，工作结温75C。 若电光转换效率为30%,求其热阻是多少？75-25陀十呼-斗=十贡着WK/W)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系统屮的色度坐标)=0.4,g(Q=0.4, b(X) =0.2 (三者Z和等于1), 求在CIE1931-XYZ系统的色度坐标人仏)、夕)、z(X)的值(结果均保留四位有效数字)，并验证后三 者Z和是否也等于1?解：,?、0.4900
16、0r(2) + 0.31000g(Z) + 0.200006(2)x( /I) 0.66697r(2) + l.l 3240g(l) +1.200636(2)山 0.17697(2) + 0.81240g(Q) + 0.01063b(Q) 得J 一 0.66697厂(2)+ 1.13240g(2) +1.20063方(兄) 彳：(.、0.00000r(2) + 0.01000g(Z) + 0.990006(2)z( /t) 0.66697r(2) + 1.13240g(A) +1.200636(2)x(A)=0.49000 x 0.4 + 031000 x 04 + 0,20000 x 0.2
17、0.66697 x 0.4 +13240 x 0.4 +1.20063 x 0.2x(2) + y(A) + z(2) = 0.375 + 0.415 + 0.210 = 1.答：在CIE1931-XYZ系统的色度坐标x(九)、只入)、z(Q的值分别为0.375、0.415、0.210,且三者Z 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。w 20解： P =x 100% = X100% = 80%.肌 25答：该LED的色忖度为80%。3.在同一坐标系屮，某白光LED发光谱线下的面积是5LEn=9cm2,而太阳光谱线下的面积为 Ssun=10cm2,该LED的显色指数是多少？LED光谱线下的面积_Sled二9 9太阳光谱线下的面积一瓦7 一忆答：该LED的显色指数为0.9。
