《LED封装技术》习题解答docx.docx
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《LED封装技术》习题解答docx
《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:
⑴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,InGaAsP的禁带宽度是0.954eVo
3.某宜接带隙半导体材料的发光波长为550nm,求其在常温27°C时光谱的半强度全宽△入。
答:
该半导体材料在常温27°C时的半强度全款为11.3nmo
4.在AIGaN半导体材料屮,AI的百分比是0.63,求其在常温27°C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:
1240
546
En=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=5.46eV
⑵"5二
he
J.8xl.38xl0-j/KX300Kx(227xl0-m)^19><10.9m=19nm
6.626xl0^34J-sx3xl08m/s
nm=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=(6.626x10Ts)2—4.390xl0^(Js)2=9422x10也J
解:
"W叫8x(8xl0_9m)2x9JxlO^kg4.659xl0_46m2-kg'
=5.85xl0~3eV=5.85meV
h21(6.626xIO-34Js)24.390x100(Js)2小^-22T
=11”m=2256x10J
8t/2mh8x(8xlO"9m)2x3.8xlO_3°kgl^dzlO^m2-kg
=1.40x10“eV=1.40meV
答:
电了和空血穴的了能带态分别定5.85meV和1.40meVo
2.GaAs最了阱带隙能量Egi=1.424eV,由上题己知条件,求该LED在第一子能带态的发光波长。
方211
解:
Fm=E+—(_+—)=1.424eV+5.85xlO-3eV+1.40x10-3eV=1.431eV
g⑴如8d八叫mh
212401240
A==nm=866nm
EgEl
答:
该LED的发光波长为866nm0
3.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:
金线的最大拉力为:
F=0/很=207xl06Px3.14x(11.5xl0_6m)2=0.086N=8.8g
金线与铝垫的界血拉脱力:
F=pmax4eal=393xlO6Pax257xlO_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LED
2.阐述多色芯片屮三芯片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+A12O3TYAM(900・1100°C)
YAM+A12。
3—4YAP(1100・1250°C)
3YAP+A12O3TYAG(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42.5°C,芯片到焊点的总热阻16°C/W,试求该LED的结温是多少?
解:
・・・£Np+(Rhj-spXP)
・•・T)=心+(陥spXP)=42.5+(16x0.06)=43.46C
答:
该小功率LED芯片结温是43.46°C
4.某大功率LED,其功率为5瓦,支架焊接点的温度为55°C,芯片到焊接点的总热阻7°C/W,试求该LED的结温是多少?
解:
・.・7;=UxP)
・•・T-}=心+(/?
thj_spxP)=55+(7x5)=90C°
答:
该LED的结温是90°C。
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TXlO^mm,壁厚为1XlO^mm,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?
r1.5x10」
解:
"e[n^kx7r(Dt-r)][50x390x3」4x(7xlO7xlO-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
-4.5
6
s(mm)
像的特征
nnn—n
解:
由丁丁飞~和丁曲"-3mm,-4.5mm,-6吶得:
s(mm)
-1.5
-3
-4.5
-6
H(mm)
・1.5
■6
oo
12
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08LED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―6x^16,
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?
=3.5mm,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)。
解:
由口=口=丄,宀才+齐用得:
Itnn
x=y=—,x2+x2+4x2=3.52-*6x2=12.25,
2
[12.25
x—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50°C时它的正向电压降为3.40伏,当结温上升到80°C时其正向电压降是多少?
解:
由*(筠)=«(7;)+也7得:
人(妇)=人⑺)+EAT=3.4-2x10一3x(80-50)=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75°C。
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:
?
、0.49000r
(2)+0.31000g(Z)+0.200006
(2)
x(/I)—•
0.66697r
(2)+l.l3240g(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)=
0.49000x0.4+031000x04+0,20000x0.2
0.66697x0.4+1」3240x0.4+1.20063x0.2
x
(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。
w20
解:
P=」x100%=—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二99
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。
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