ความรู้เชิงวิชาการเกี่ยวกับโคมไฟ LED

LED คืออะไร?

LED ย่อมาจาก Light Emitting Diode ในภาษาอังกฤษ, ซึ่งเป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ปล่อยแสงในรูปแบบของโซลิดสเตท. ใช้ชิปกึ่งตัวนำเป็นวัสดุที่ปล่อยแสง. เมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้าไปยังทั้งสองขั้ว, the carriers in the semiconductor recombine to cause photon emission and generate light. LED can directly emit red, สีเหลือง, สีฟ้า, สีเขียว, cyan, orange, purple, and white light. The first commercial diode was produced in 1960. Its basic structure is a piece of electroluminescent semiconductor material, placed on a rack with leads, and then sealed with epoxy resin around to protect the internal core wire, so LED has good seismic resistance. 2. Why is LED the fourth generation light source (green lighting )?

การจำแนกตามกลไกการปล่อยแสงของแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า:

First-generation light sources: resistor light-emitting such as incandescent lamps.

Second-generation light sources: arc and gas light-emitting such as sodium lamps.

Third-generation light sources: phosphor light-emitting such as fluorescent lamps.

Fourth-generation light sources: solid-state chip light-emitting such as LEDs.

กลไกการปล่อยแสงและหลักการทำงานของ LED คืออะไร?

Light-emitting diodes are made of III-IV group compounds, such as GaAs (gallium arsenide), GaP (gallium phosphide), GaAsP (gallium arsenide phosphide) and other semiconductors, and their core is a PN junction. เพราะฉะนั้น, it has the I-N characteristics of a general P-N junction, นั่นคือ, forward conduction, reverse cutoff, and breakdown characteristics. นอกจากนี้, under certain conditions, it also has light-emitting characteristics. Under forward voltage, electrons are injected from the N region into the P region, and holes are injected from the P region into the N region. A part of the minority carriers (minority carriers) that enter the other area recombine with the majority carriers (majority carriers) to emit light.

คุณสมบัติทางแสงของ LED คืออะไร?

(1) The light emitted by LED is neither monochromatic nor broadband, but a balance between the two.

(2) แหล่งกำเนิดแสง LED คล้ายกับแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดแต่ไม่ใช่แหล่งแสงแบบจุด.

(3) สีของแสงที่ LED ปล่อยออกมาจะแตกต่างกันไปตามทิศทางเชิงพื้นที่.

(4) อุณหภูมิรอยต่อของ LED ภายใต้การทำงานด้วยกระแสคงที่จะมีผลต่อแรงดันไปข้างหน้า VF อย่างมาก.

วิธีการสร้าง LED มีแบบใดบ้าง?

LED แต่ละชนิดมีส่วนประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันเนื่องจากสีที่แตกต่างกัน:

ตัวอย่างเช่น, แดง: อะลูมิเนียม-อินเดียม-แกลเลียม-ฟอสไฟด์

เขียวและน้ำเงิน: อินเดียม-แกลเลียม-ไนไตรด์

สีขาวและสีอื่น ๆ ทำโดยการผสมสีหลักทั้งสาม RGB ในสัดส่วนที่เหมาะสม. กระบวนการผลิต LED คล้ายกับเซมิคอนดักเตอร์, แต่ความแม่นยำในการประมวลผลไม่ดีเท่าเซมิคอนดักเตอร์, และต้นทุนปัจจุบันยังค่อนข้างสูง.

ความยาวคลื่นของสีต่าง ๆ มีอะไรบ้าง?

การกระจายความยาวคลื่นสเปกตรัมของ LED สว่างมากที่ใช้บ่อยในประเทศจีนอยู่ที่ 460-636 นาโนเมตร, and the wavelengths are blue, สีเขียว, yellow-green, สีเหลือง, yellow-orange, และสีแดงจากสั้นไปยาว. ความยาวคลื่นสูงสุดทั่วไปของ LED สีทั่วไปหลายดวง ได้แก่ :

สีน้ําเงิน – 470นาโนเมตร,

น้ําเงิน-เขียว – 505นาโนเมตร,

สีเขียว – 525นาโนเมตร,

สีเหลือง – 590นาโนเมตร,

ส้ม – 615นาโนเมตร,

สีแดง – 625นาโนเมตร.

วิธีการบรรจุ LED มีอะไรบ้าง?

วิธีการบรรจุ:

(1) ประเภทพิน (โคมไฟ) บรรจุภัณฑ์ LED,

(2) ตัวยึดพื้นผิว (SMD) ประเภท ( SMT-LED) บรรจุภัณฑ์,

(3) ชิปออนบอร์ด (ซัง) LED บรรจุภัณฑ์,

(4) ระบบในแพ็ค (SiP) บรรจุภัณฑ์ LED

(5) พันธะเวเฟอร์และการยึดติดชิป.

วิธีการจำแนกประเภท LED มีอะไรบ้าง?

1. ตามสีของหลอดเปล่งแสง

ตามสีของหลอดเปล่งแสง, สามารถแบ่งออกเป็นสีแดง, orange, สีเขียว (แบ่งย่อยเพิ่มเติมเป็นสีเหลือง-เขียว, สีเขียวมาตรฐานและสีเขียวบริสุทธิ์), แสงสีน้ําเงิน, ฯลฯ. นอกจากนี้, ไดโอดเปล่งแสงบางชนิดมีชิปสองหรือสามสี.

ขึ้นอยู่กับว่าไดโอดเปล่งแสงเจือด้วยสารกระเจิงหรือไม่, และไม่ว่าจะเป็นสีหรือไม่มีสี, ไดโอดเปล่งแสงที่กล่าวถึงข้างต้นของสีต่างๆสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: สีโปร่งใส, โปร่งใสไม่มีสี, การกระเจิงสีและการกระเจิงไม่มีสี. ไดโอดเปล่งแสงชนิดกระเจิงและใช้เป็นไฟแสดงสถานะ.

2. ตามลักษณะของพื้นผิวเปล่งแสงของหลอดเปล่งแสง

ตามลักษณะของพื้นผิวเปล่งแสงของหลอดเปล่งแสง, สามารถแบ่งออกเป็นหลอดกลม, โคมไฟสี่เหลี่ยม, หลอดสี่เหลี่ยมผืนผ้า, หลอดเปล่งแสงพื้นผิว, หลอดด้านข้าง, หลอดไมโครที่ติดตั้งบนพื้นผิว, ฯลฯ. หลอดวงกลมแบ่งออกเป็น φ2mm, φ4.4mm, φ5mm, φ8mm, φ10mm และ φ20mm ตามเส้นผ่านศูนย์กลาง. ในต่างประเทศ, ไฟ LED φ3 มม. มักจะบันทึกเป็น T-1; φ5 มม. เป็น T-1(3/4); และ φ4.4 มม. เป็น T-1(1/4). มุมครึ่งค่าสามารถใช้เพื่อประเมินการกระจายเชิงมุมของความเข้มของการส่องสว่างแบบวงกลม. มีสามประเภทตามการกระจายเชิงมุมของความเข้มของการส่องสว่าง:

(1) ทิศทางสูง. โดยทั่วไป, เป็นแพ็คเกจอีพ็อกซี่ปลายแหลมหรือแพ็คเกจที่มีช่องสะท้อนแสงโลหะ, และไม่มีการเพิ่มสารกระเจิง. มุมครึ่งค่าคือ 5°~20° หรือน้อยกว่า, มีทิศทางสูง. สามารถใช้เป็นแหล่งกําเนิดแสงในพื้นที่, หรือใช้ร่วมกับเครื่องตรวจจับแสงเพื่อสร้างระบบตรวจจับอัตโนมัติ.

(2) ประเภทมาตรฐาน. มักใช้เป็นไฟแสดงสถานะ, มุมครึ่งค่าคือ 20°~45°.

(3) ประเภทการกระเจิง. นี่คือไฟแสดงสถานะที่มีมุมมองที่ใหญ่กว่า, มุมครึ่งค่า 45 ° ~ 90 °ขึ้นไป, และสารกระเจิงจํานวนมากขึ้น.

3. ตามโครงสร้างของไดโอดเปล่งแสง

ตามโครงสร้างของไดโอดเปล่งแสง, มีการห่อหุ้มอีพ็อกซี่เต็มรูปแบบ, การห่อหุ้มอีพ็อกซี่ฐานโลหะ, การห่อหุ้มอีพ็อกซี่ฐานเซรามิกและการห่อหุ้มแก้ว.

4. ตามความเข้มของการส่องสว่างและกระแสไฟทํางาน

ตามความเข้มของการส่องสว่างและกระแสไฟทํางาน, มีไฟ LED ความสว่างธรรมดา (ความเข้มของการส่องสว่าง>10mcd); ไฟ LED ความสว่างสูงพิเศษ (ความเข้มของการส่องสว่าง<100mcd); ความเข้มของการส่องสว่างระหว่าง 10 and 100mcd is called High brightness light emitting diode. The working current of general LED is between tens of mA and tens of mA, while the working current of low current LED is below 2 mA (the brightness is the same as that of ordinary light emitting tube).

In addition to the above classification methods, there are also classification methods by chip material and by function.

ขั้นตอนการผลิต LED มีอะไรบ้าง?

1. Process:

a) การทําความสะอาด: Use ultrasonic cleaning of PCB or LED bracket and drying.

b) Mounting: Prepare silver glue on the bottom electrode of LED tube core (large wafer) and expand it. Place the expanded tube core (large wafer) on the crystal table. Use a crystal pen to install the tube core one by one on the corresponding pad of PCB or LED bracket under a microscope, and then sinter to solidify the silver glue.

c) Pressure welding: Use aluminum wire or gold wire welding machine to connect the electrode to the LED tube core as a lead for current injection. LED is directly mounted on PCB, generally using aluminum wire welding machine. (Gold wire welding machine is needed to make white light TOP-LED)

ง) Packaging: Use epoxy to protect LED core and welding wire through dispensing. Dispensing on PCB board has strict requirements on the shape of colloid after curing, which is directly related to the brightness of the finished backlight source. This process will also undertake the task of dispensing phosphor (white light LED).

จ) Welding: If the backlight source is SMD-LED or other packaged LED, the LED needs to be welded to the PCB board before the assembly process.

f) Film cutting: Use punching machine to die-cut various diffusion films, reflective films, ฯลฯ. required for the backlight source.

ก) Assembly: According to the requirements of the drawing, manually install various materials of the backlight source in the correct position.

h) Testing: Check whether the photoelectric parameters and light uniformity of the backlight source are good.

2. The task of LED packaging

is to connect the external lead to the electrode of the LED chip, protect the LED chip at the same time, and play a role in improving the light extraction efficiency. The key processes are mounting, pressing and packaging.

3. LED packaging Form

LED packaging forms can be said to be varied, mainly according to different application scenarios with corresponding external dimensions, heat dissipation measures and light output effects. LEDs are classified into Lamp-LED, TOP-LED, Side-LED, SMD-LED, High-Power-LED, ฯลฯ. according to packaging forms.

4. LED packaging process flow

5. Packaging process description

(1). Chip inspection

Microscopic inspection: whether there is mechanical damage and pits (lockhill) on the surface of the material, whether the chip size and electrode size meet the process requirements, and whether the electrode pattern is complete.

(2). Chip expansion

Since LED chips are still closely arranged and the spacing is very small (about 0.1mm) after dicing, it is not conducive to the operation of the subsequent process. We use a film expander to expand the film of the bonded chip, so that the spacing of the LED chip is stretched to about 0.6mm. Manual expansion can also be used, but it is easy to cause problems such as chip falling and waste.

(3). Glue dispensing

ใช้กาวสีเงินหรือกาวฉนวนกับตําแหน่งที่สอดคล้องกันของตัวยึด LED. (สําหรับพื้นผิวนําไฟฟ้า GaAs และ SiC, แดง, สีเหลือง, และชิปสีเหลืองเขียวพร้อมอิเล็กโทรดด้านหลัง, ใช้กาวสีเงิน. สําหรับชิป LED สีน้ําเงินและสีเขียวที่มีพื้นผิวฉนวนแซฟไฟร์, กาวฉนวนใช้เพื่อยึดชิป) ความยากลําบากของกระบวนการอยู่ที่การควบคุมปริมาณการจ่ายกาว. มีข้อกําหนดของกระบวนการโดยละเอียดสําหรับความสูงของคอลลอยด์และตําแหน่งของการจ่ายกาว. เนื่องจากกาวเงินและกาวฉนวนมีข้อกําหนดที่เข้มงวดสําหรับการจัดเก็บและการใช้งาน, การตื่นขึ้น, การกวน, และเวลาการใช้งานของกาวเงินล้วนเป็นเรื่องที่ต้องให้ความสนใจในกระบวนการ.

(4). การเตรียมกาว

ตรงกันข้ามกับการจ่ายกาว, การเตรียมกาวคือการใช้เครื่องเตรียมกาวเพื่อทากาวเงินที่อิเล็กโทรดด้านหลังของ LED ก่อน, จากนั้นติดตั้ง LED ด้วยกาวสีเงินที่ด้านหลังของตัวยึด LED. ประสิทธิภาพของการเตรียมกาวนั้นสูงกว่าการจ่ายกาวมาก, แต่ไม่ใช่ทุกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสําหรับกระบวนการเตรียมกาว.

(5). การทิ่มด้วยมือ

วางชิป LED แบบขยาย (มีหรือไม่มีกาว) บนฟิกซ์เจอร์ของโต๊ะทิ่ม, วางตัวยึด LED ไว้ใต้ฟิกซ์เจอร์, และใช้เข็มเจาะชิป LED ทีละตัวไปยังตําแหน่งที่สอดคล้องกันภายใต้กล้องจุลทรรศน์. เมื่อเทียบกับการติดตั้งอัตโนมัติ, การทิ่มด้วยมือมีข้อได้เปรียบที่ง่ายต่อการเปลี่ยนชิปต่างๆ ได้ตลอดเวลา, ซึ่งเหมาะสําหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องติดตั้งชิปหลายตัว.

(6). ติดตั้งอัตโนมัติ

การติดตั้งอัตโนมัติรวมสองขั้นตอนของการจ่ายกาวและการติดตั้งชิป. อันดับแรก, กาวเงิน (กาวฉนวน) ถูกนําไปใช้กับตัวยึด LED, จากนั้นชิป LED จะถูกดูดขึ้นและย้ายไปยังตําแหน่งด้วยหัวฉีดสูญญากาศ, แล้ววางไว้ในตําแหน่งตัวยึดที่สอดคล้องกัน. กระบวนการหลักของการติดตั้งอัตโนมัติคือการทําความคุ้นเคยกับการเขียนโปรแกรมการทํางานของอุปกรณ์, และในขณะเดียวกันก็ปรับการจ่ายกาวและความแม่นยําในการติดตั้งของอุปกรณ์. เมื่อเลือกหัวฉีด, ลองใช้หัวฉีดเบกาไลท์เพื่อป้องกันความเสียหายต่อพื้นผิวของชิป LED, โดยเฉพาะชิปสีน้ําเงินและสีเขียวต้องทําจากเบกาไลต์. เนื่องจากหัวฉีดเหล็กจะขีดข่วนชั้นการแพร่กระจายในปัจจุบันบนพื้นผิวของชิป.

(7). การเผาผนึก

จุดประสงค์ของการเผาผนึกคือการทําให้กาวเงินแข็งตัว. Sintering requires temperature monitoring to prevent batch defects. The temperature of silver glue sintering is generally controlled at 150℃ and the sintering time is 2 ชั่วโมง. According to actual conditions, it can be adjusted to 170℃ for 1 ชั่วโมง. The insulating glue is generally 150℃ for 1 ชั่วโมง. The silver glue sintering oven must be opened every 2 ชั่วโมง (หรือ 1 ชั่วโมง) to replace the sintered product according to the process requirements. It must not be opened at will in the middle. The sintering oven must not be used for other purposes to prevent pollution.

(8). Press welding

The purpose of press welding is to lead the electrode to the LED chip and complete the connection of the internal and external leads of the product. There are two types of LED press welding processes: การเชื่อมลูกลวดทองและการเชื่อมลวดอลูมิเนียม. ภาพด้านขวาแสดงกระบวนการเชื่อมลวดอลูมิเนียม. อันดับแรก, กดจุดแรกบนอิเล็กโทรดชิป LED, จากนั้นดึงลวดอลูมิเนียมไปที่ด้านบนของตัวยึดที่สอดคล้องกัน, กดจุดที่สองแล้วหักลวดอลูมิเนียม. ในกระบวนการเชื่อมลูกลวดทอง, ลูกบอลถูกเผาไหม้ก่อนกดจุดแรก, และกระบวนการที่เหลือจะคล้ายคลึงกัน. การเชื่อมด้วยแรงดันเป็นลิงค์สําคัญในเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ LED. สิ่งสําคัญที่ต้องตรวจสอบในกระบวนการคือรูปร่างโค้งของลวดทอง (ลวดอลูมิเนียม), รูปร่างของข้อต่อบัดกรี, และความตึงเครียด. การวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมด้วยแรงดันเกี่ยวข้องกับหลายแง่มุม, เช่นทองคํา (อลูมิเนียม) วัสดุลวด, พลังงานอัลตราโซนิก, แรงดันเชื่อมแรงดัน, การเลือกตัวแยก (steel nozzle), movement trajectory of splitter (steel nozzle), ฯลฯ. (The figure below is a microscopic photo of the solder joints pressed by two different splitters under the same conditions. There are differences in the microstructure of the two, which affects the product quality.) We will not repeat it here.

(9). Glue dispensing LED packaging mainly includes glue dispensing, potting, and molding. Basically, the difficulties in process control are bubbles, multiple missing materials, and black spots. The design mainly focuses on the selection of materials and the selection of epoxy and brackets with good combination. (General LEDs cannot pass the airtightness test) As shown in the right figure, TOP-LED and Side-LED are suitable for glue dispensing. Manual dispensing packaging requires a high level of operation (especially for white light LEDs). The main difficulty is to control the amount of dispensing, because the epoxy will thicken during use. The dispensing of white light LEDs also has the problem of phosphor precipitation causing light color difference.

(10). Glue encapsulation

Lamp-LED encapsulation adopts the form of encapsulation. The encapsulation process is to first inject liquid epoxy into the LED molding cavity, then insert the pressed LED bracket, put it in an oven to let the epoxy solidify, and then remove the LED from the cavity to form it.

(11). Molded packaging

Put the pressed LED bracket in Put it into the mold, close the upper and lower molds with a hydraulic press and evacuate them.

Put the solid epoxy into the entrance of the injection channel, heat it, and press it into the mold channel with a hydraulic push rod. อีพ็อกซี่จะเข้าสู่ร่องแม่พิมพ์ของ LED แต่ละตัวตามช่องทางและแข็งตัว.

(12). การบ่มและการบ่มหลัง

การบ่มหมายถึงการบ่มอีพ็อกซี่ที่หุ้มอยู่. เงื่อนไขการบ่มอีพ็อกซี่ทั่วไปคือ 135℃ สำหรับ 1 ชั่วโมง. แพ็กเกจแม่พิมพ์โดยทั่วไปอยู่ที่ 150℃ สำหรับ 4 นาที.

(13). การบ่มหลัง

วัตถุประสงค์ของการบ่มคือเพื่อให้แน่ใจว่าอีพ็อกซี่แข็งตัวเต็มที่และทำให้ LED เก่าโดยความร้อน. การบ่มหลังมีความสำคัญมากในการเพิ่มความแข็งแรงของการยึดระหว่างอีพ็อกซี่กับตัวยึด (แผงวงจร PCB). เงื่อนไขทั่วไปคือ 120℃ สำหรับ 4 ชั่วโมง.

(14). การตัดและการแยกชิ้น

เนื่องจาก LED ถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน (ไม่ใช่แต่ละตัว) ในระหว่างการผลิต, LED ที่หุ้มด้วยตัวโคมใช้การตัดเพื่อตัดซี่โครงเชื่อมต่อของตัวยึด LED. SMD-LED อยู่บนแผง PCB, และต้องใช้เครื่อง dicing เพื่อทำการแยกชิ้นงานให้เสร็จ. (15). Testing

ทดสอบพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าแสงของ LED, check the external dimensions, and sort the LED products according to customer requirements.

(16). Packaging

Count and package the finished products. Ultra-bright LEDs require anti-static packaging.