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嘉峪檢測網 2025-01-10 19:41
LED發展簡史
早在半個世紀前，人們就已認識到半導體材料能發出光。1962年，通用電氣公司的尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）成功研發了首個實際應用中的可見光發光二極管。LED，即發光二極管，是一種將電能轉換為光能的半導體器件。其基本構造包括一塊電致發光的半導體材料，封裝在帶有引線的支架中，并用環氧樹脂封閉，形成固態封裝，從而提供良好的抗震性能。
最初，LED主要用作儀器指示燈。隨著技術進步，LED在交通信號燈和大面積顯示屏等領域得到廣泛應用，帶來了顯著的經濟和社會效益。例如，12英寸的紅色交通信號燈，傳統上使用140瓦的白熾燈，經過紅色濾光片后，光效損失90%。而新型設計中，使用18個紅色LED作為光源，總功耗僅為14瓦，卻能達到相同的光效。汽車信號燈也是LED應用的重要領域。
LED芯片原理
LED是一種固態半導體器件，能夠將電能直接轉換為光能。其核心是一個半導體晶片，一端連接負極，另一端連接正極，整個晶片被環氧樹脂封裝。半導體晶片由P型和N型半導體組成，P型半導體中空穴占主導地位，而N型半導體中電子占主導地位。當電流通過時，電子被推向P區，與空穴復合并發射光子，從而產生光。光的顏色取決于P-N結材料的波長。
1.發光原理
2.芯片內部結構圖
芯片的分類
1. MB芯片：
定義：金屬粘著芯片，屬于UEC專利產品。
特點：使用高散熱系數的硅作為襯底，散熱效果好。通過金屬層接合磊晶層和襯底，反射光子，減少吸收。導電的硅襯底取代GaAs襯底，熱傳導能力更強。底部金屬反射層有助于提升光度和散熱。尺寸可加大，適用于高功率領域。
2. GB芯片：
定義：粘著結合芯片，屬于UEC專利產品。
特點：透明藍寶石襯底，出光功率高。芯片四面發光，圖案效果出色。亮度高，但耐高電流稍差。
3. TS芯片：
定義：透明結構芯片，屬于HP專利產品。
特點：工藝復雜，可靠性高。透明GaP襯底，亮度高。
4. AS芯片：
定義：吸收結構芯片，臺灣LED光電業界開發成熟。
特點：四元芯片，亮度高。可靠性優良，應用廣泛。
材料磊晶種類
1. LPE：液相磊晶法，用于GaP/GaP。
2. VPE：氣相磊晶法，用于GaAsP/GaAs。
3. MOVPE：有機金屬氣相磊晶法，用于AlGaInP、GaN。
4. SH：單異型結構GaAlAs/GaAs。
5. DH：雙異型結構GaAlAs/GaAs。
6. DDH：雙異型結構GaAlAs/GaAlAs。
組成及發光
1. LED晶片的組成：主要有砷(AS)、鋁(AL)、鎵(Ga)、銦(IN)、磷(P)、氮(N)、鍶(Si)等元素組成。
2. LED晶片的分類：
按發光亮度分：一般亮度（如R、H、G、Y、E等）、高亮度（如VG、VY、SR等）、超高亮度（如UG、UY、UR、UYS、URF、UE等）、不可見光（如紅外線R、SIR、VIR、HIR）、紅外線接收管（如PT）、光電管（如PD）。
按組成元素分：二元晶片（如磷、鎵，如H、G等）、三元晶片（如磷、鎵、砷，如SR、HR、UR等）、四元晶片（如磷、鋁、鎵、銦，如SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG）。
汽車LED必須通過的車規級AEC-Q102測試
由福特、克萊斯勒、通用組成的汽車電子（AEC）頒布了光電器件的可靠性標準AEC-Q102，覆蓋了LED、激光組件、光電二極管、光電晶體管等分立器件，共分28個大項，對光電器件的可靠性展開了嚴格的測試要求，為主機廠提供了可靠性高、使用壽命長的光電器件。LED汽車照明中使用的LED發光器件要求達到車規級，要求光效高、耐溫好，同時對LED芯片的穩定性和一致性要求極高。
通過AEC-Q102認證對企業是一個漫長的過程，要求一款產品從設計研發之初就需要對標這個測量標準，反復進行試驗，及時發現并改進產品缺陷，才能使得量產成品能夠順利通過AEC-Q102的認證。
AEC-Q102測試認證適用產品
LED、激光組件、激光元件、光電二極管、光電晶體管、發光二極管、光導管、光電池、光電三極管、熱敏電陽、溫差發電器、溫差電致冷器。光敏電阻、紅外光源、光電耦合器、發光數字管、使用光電功能和其他組件(例如帶集成電路的LED、帶光電二極管的激光組件.光耦)的多芯片模塊。
LED需要通過的AEC-Q102測試項目
1.靜電防護試驗(ESD)：LED組件在靜電防護能力上較一般IC類來得低，目前組件廠除非增加Zener Diode，否則多數無法保證ESD等級，然多以HBM>2KV與MM>1KV為挑戰目標。
2.濕度敏感性等級區分試驗(MSL)：LED車用規范已要求需進行此測試，然對于表面黏著型(SMD)組件來說，此試驗有助于了解產品耐濕等級，方便作為產線管理之用。
3.熱阻(th)與Tj估算：LED產品對熱的敏感性很高，而且隨著環境的增加，衰減速度也會加快，因此必須采取有效的散熱措施。通過熱阻量測，可以幫助客戶找到合適的散熱方式，或選擇合適的材料，以延長壽命。
4.產品點亮壽命試驗：透過各種不同之電流、溫度、濕度等的組合模式進行，包括美國能源之星DoE EnergyStar LM-80之驗證服務。
5.壽命預估：典型的點亮試驗，藉由計算產品之活化能(Activation Energy)，以獲得更為正確的壽命預估值。
6.脈沖試驗：一種快速而嚴格的實驗方式，最真實地模擬實際使用情況，可配合高溫或低溫環境貯存，也可用于溫度循環試驗，是最嚴格的加速模擬。
7.環境應力試驗：典型的應力試驗為溫度循環試驗與溫濕度循環試驗，前者主要是利用材料的熱膨脹不匹配特性以使組件構裝后的結構風險得以顯現，后者則是透過呼吸效應以顯現產品的質量問題。
8.機械應力試驗：組裝后的推拉力、震動、沖擊等模式，應根據使用目的和環境條件進行規劃，以突出產品瑕疵。
9.腐蝕性氣體試驗：腐蝕性氣體的來源有兩種：鹽霧和酸性氣體。由于受到空氣污染的影響，空氣中的酸性氣體與水分結合后產生的液體，對LED材料來說是極其嚴苛的，不僅會導致內部光反射急劇下降，還可能導致外部老化，影響顏色等問題。
10.防水防塵試驗：終端產品在防水、防塵等方面要求極高，特別是在戶外使用時，必須進行更嚴格的檢測，以確保產品結構穩定可靠。
11.其它試驗：其它常用試驗尚包括了產品早夭篩選技術、焊錫性(Solderability)、壓力鍋(PCT)、耐熱試驗(Heat Resistance)等。
12.光學分析：提供可控溫之積分球系統(50cm與100cm)與MCD量測，可量測出LED產品之色溫、光通量、光強度、色坐標、演色性、波長等，協助解決客戶測試過程中的量測需求，以做為各種驗證判定結果的依據，提高實驗效率與正確率。
來源：Internet
