LTCC培訓(xùn)教材

1、LED以及LTCC培訓(xùn)教材1、什么叫LED?英文縮寫 LED = Light Emitting Diode 指發(fā)光二極管，是一種能將電能轉(zhuǎn)化為可見光的固體的半導(dǎo)體器件，也叫固態(tài)光源。2、LED的發(fā)光原理2.1 P型半導(dǎo)體：也稱為空穴型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。空穴主要由雜質(zhì)原子提供，自由電子由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。2.2 N型半導(dǎo)體：也稱為電子型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體即自由電

2、子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入族元素（如磷、砷、銻等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。這類雜質(zhì)提供了帶負(fù)電的電子載流子，稱他們?yōu)槭┲麟s質(zhì)或N型雜質(zhì)。在N型半導(dǎo)體中，自由電子為多子，空穴為少子，主要靠自由電子導(dǎo)電。自由電子主要由雜質(zhì)原子提供，空穴由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。2.3 PN結(jié)：指在一塊P型（或N型）半導(dǎo)體上在制成一層N型(或P型)半導(dǎo)體，于是在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處就會(huì)形成一個(gè)PN結(jié)。如圖所示發(fā)光原理：當(dāng)在結(jié)上加正向電壓（即P區(qū)加電源正極，N區(qū)加電源負(fù)極）時(shí)（正向偏置），PN結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)減

3、弱，N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴都容易通過，因而電流較大，通過的空穴與電子在PN結(jié)交界處復(fù)合產(chǎn)生2個(gè)光子（發(fā)光）。當(dāng)外加電壓相反時(shí)，PN結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)增強(qiáng)，只有原N區(qū)中的少數(shù)空穴和P區(qū)中的少數(shù)電子能夠通過，因而電流很小。因此PN結(jié)具有整流作用（正向偏置導(dǎo)通，反向偏置截止）。當(dāng)具有PN結(jié)的半導(dǎo)體受到光照時(shí)，其中電子和空穴的數(shù)目增多，在結(jié)的局部電場(chǎng)作用下，P區(qū)的電子移到N區(qū)，N區(qū)的空穴移到P區(qū)，這樣在結(jié)的兩端就有電荷積累，形成電勢(shì)差。這現(xiàn)象稱為PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。由于這些特性，用PN結(jié)可制成半導(dǎo)體二極管和光電池（太陽(yáng)能電池）等器件。當(dāng)在PN結(jié)上加以反向電壓（N區(qū)加在電源正極，P區(qū)加在電源負(fù)極）時(shí)（反向

4、偏置），電壓在一定范圍內(nèi)，由于無(wú)法抵消PN結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)，PN結(jié)幾乎不通過電流，但當(dāng)加在PN結(jié)上的反向電壓越過某一數(shù)值（門閥電壓）時(shí)，發(fā)生電流突然增大的現(xiàn)象。這時(shí)P-N結(jié)被擊穿。P-N結(jié)被擊穿后便失去其單向?qū)щ姷男阅埽Y(jié)并不一定損壞，此時(shí)將反向電壓降低，它的性能還可以恢復(fù)。根據(jù)其內(nèi)在的物理過程，pn結(jié)擊穿可分為雪崩擊穿和隧道擊穿兩種。由于pn結(jié)具有這種特性，一方面可以用它制造半導(dǎo)體二極管，使之工作在一定電壓范圍之內(nèi)作整流器等；另方面因擊穿后并不損壞而可用來(lái)制造穩(wěn)壓管或開關(guān)管等器件。3、 什么叫LTCC？ LTCC的是Low Temperature Co-fired Ceramic 的英文縮寫，意

5、思為低溫共燒陶瓷。是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷、疊層、燒結(jié)等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)被動(dòng)組件（如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無(wú)源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無(wú)源/有源集成的功能模塊，可進(jìn)一步將電路小型化與高密度化，特別適合用于高頻通訊用組件。 LTCC的特點(diǎn)第一：優(yōu)良的高頻高Q特性；第二，高品質(zhì)因子；第三，可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，

6、第四：比PCB電路基板優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；第五：可將無(wú)源組件埋入多層電路基板中，有利于提高電路的組裝密度；第六：具有較好的溫度特性，如較小的熱膨脹系數(shù)、較小的介電常數(shù)、溫度系數(shù)，可以制作層數(shù)極高的電路基板，可以制作線寬小于50m的細(xì)線結(jié)構(gòu)；第七：由于生產(chǎn)為非連續(xù)生產(chǎn)工藝，可以對(duì)生坯基板進(jìn)行檢查，從而提高良品率，降低成本。4、 什么叫HTCC HTCC是High-temperature co-fired ceramics的英文縮寫，意思為高溫共燒陶瓷。HTCC是將高溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷、疊層、燒結(jié)等工藝制出所需要的電路圖形。采用

7、將其材料為鎢、鉬、鉬錳等高熔點(diǎn)金屬發(fā)熱電阻漿料按照發(fā)熱電路設(shè)計(jì)的要求印刷于9296的氧化鋁流延陶瓷生坯上，在15501650高溫下共燒成一體，從而具有耐腐蝕、耐高溫、壽命長(zhǎng)、高效節(jié)能、溫度均勻、導(dǎo)熱性能良好、熱補(bǔ)償速度快等優(yōu)點(diǎn)。5、 LED常用術(shù)語(yǔ) 光通量光強(qiáng)亮度照度 光通量：是表示光源整體亮度的指標(biāo)。單位為lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度時(shí)經(jīng)常使用。是參考人眼的靈敏度（視覺靈敏度）來(lái)表示光源放射光亮度的物理量。具體數(shù)值為各向同性的發(fā)光強(qiáng)度為1cd（堪德拉）的光源在1sr（立體弧度）的立體角內(nèi)放射的光通量為1lm。此處的sr為立體角的單位，表示從球面向球心截取的面積為半徑（r）的2次方的

8、圓錐體的頂角。 光強(qiáng)：是表示光通量立體角密度的指標(biāo)。單位為cd。多在表示顯示用LED等的眩光時(shí)使用。其定義為：發(fā)射540×1012Hz（波長(zhǎng)555nm）頻率單色光，在指定方向的光線發(fā)射強(qiáng)度為1/683W/sr的光源，在該方向的光強(qiáng)就定義為1cd。 亮度：是表示從光源及反射面和透射面等二次光源向觀測(cè)者發(fā)出的光的強(qiáng)度指標(biāo)。單位為cd/m2。與光通量一樣，是結(jié)合人眼的靈敏度表示的物理量。大多在表示液晶面板和PDP等顯示器畫面的亮度時(shí)使用。 照度：是表示照射到平面上的光的亮度指標(biāo)。單位為lx（勒克司），有時(shí)也標(biāo)記為lm/m2。是指光源射向平面狀物體的光通量中，每單位面積的光通量。用于比較照明

9、器具照射到平面上的明亮程度。 色溫：當(dāng)某一光源所發(fā)出的光的光譜分布與不反光、不透光完全吸收光的黑體在某一溫度時(shí)輻射出的光譜分布相同時(shí)，我們就把絕對(duì)黑體的溫度稱之為這一光源的色溫。色度舌形圖大功率LED 色溫與色坐標(biāo)對(duì)照表大功率LED色溫與色坐標(biāo)對(duì)照表色溫XY色溫XY色溫XY色溫XY10000.653 0.344 12000.625 0.367 14000.599 0.386 15000.588 0.393 16000.573 0.399 17000.561 0.404 18000.549 0.408 19000.538 0.411 20000.527 0.413 21000.516 0.415

10、 22000.506 0.415 23000.496 0.415 24000.486 0.415 25000.477 0.414 26000.468 0.412 27000.460 0.411 28000.452 0.409 29000.444 0.407 30000.437 0.404 31000.430 0.402 32000.423 0.399 32500.420 0.398 33000.417 0.396 34000.411 0.394 35000.405 0.391 36000.409 0.388 37000.395 0.385 38000.390 0.382 39000.385 0

11、.380 40000.381 0.377 41000.376 0.374 42000.372 0.371 43000.368 0.369 44000.364 0.366 45000.361 0.364 46000.357 0.361 47000.354 0.359 48000.351 0.356 49000.348 0.354 50000.345 0.352 52000.340 0.347 54000.335 0.343 56000.330 0.339 58000.326 0.335 60000.322 0.335 65000.314 0.354 70000.306 0.317 75000.3

12、00 0.310 80000.295 0.305 85000.291 0.300 90000.287 0.296 93000.285 0.293 10K0.280 0.288 15K0.264 0.267 在照明光源國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了發(fā)光色x、y在0.380、0.380(4040K)附近的稱為冷白色；發(fā)光色x、y在0.440、0.403(2940K)附近的稱為暖白色。 發(fā)光效率：是評(píng)測(cè)光源效率的指標(biāo)，用光源發(fā)出的光通量（lm）與向光源輸入的電力（W）之比表示，單位為lm/W。要區(qū)別于整體效率。發(fā)光效率是將外部量子效率用視覺靈敏度（人眼對(duì)光的靈敏度）來(lái)表示的數(shù)值。外部量子效率是發(fā)射到LED芯片和

13、封裝外的光子個(gè)數(shù)相對(duì)于流經(jīng)LED的電子個(gè)數(shù)（電流）所占的比例。組合使用藍(lán)色LED芯片和熒光體的白色LED的外部量子效率，是相對(duì)于內(nèi)部量子效率（在LED芯片發(fā)光層內(nèi)發(fā)生的光子個(gè)數(shù)占流經(jīng)LED芯片的電子個(gè)數(shù)（電流）的比例）、芯片的光取出效率（將所發(fā)的光取出到LED芯片之外的比例）、熒光體的轉(zhuǎn)換效率（芯片發(fā)出的光照到熒光體上轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)的比例）以及封裝的光取出效率（由LED和熒光體發(fā)射到封裝外的光線比例）的乘積決定。（備注：在發(fā)光層產(chǎn)生的光子的一部分或在LED芯片內(nèi)被吸收，或在LED芯片內(nèi)不停地反射，出不了LED芯片。因此，外部量子效率比內(nèi)部量子效率要低。例如發(fā)光效率為100lm/W的白色LED，

14、其輸入電力只有32作為光能輸出到了外部。剩余的68轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?LED發(fā)光效率圖調(diào)光：將光源發(fā)出的光調(diào)節(jié)為希望的亮度的做法。LED與白熾燈一樣，比熒光管更容易進(jìn)行微細(xì)調(diào)光。通過在點(diǎn)亮LED的電源電路中，改變輸入LED的電流大小和占空比（導(dǎo)通時(shí)間與截至?xí)r間之比）來(lái)調(diào)節(jié)亮度。 光學(xué)設(shè)計(jì)：由于LED的用途包括指示器、液晶面板背照燈、照明器具以及前照燈等，范圍極廣。對(duì)白色LED的發(fā)光特性要求呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。另外，LED是點(diǎn)光源，而且具有指向性較強(qiáng)的特點(diǎn)。要想滿足廣泛的用途要求，需要根據(jù)LED的這些特點(diǎn)，采用透鏡等光學(xué)部件，將屬于點(diǎn)光源且指向性強(qiáng)的LED光線轉(zhuǎn)變?yōu)樗谕鈱W(xué)特性的光學(xué)設(shè)計(jì)必不可少。

15、6、 LED封裝結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)（金屬封裝、玻璃封裝、塑料封裝）7、 LED制造流程 上 游晶片：?jiǎn)尉О?單晶片襯底 單晶片襯底 在襯底上生長(zhǎng)外延層 外延片成品：?jiǎn)尉?、外延?中 游制程：金屬蒸鍍 光罩刻蝕 熱處理（正負(fù)電極制作） 切割 測(cè)試分選成品：芯片 下 游封裝：芯片粘貼 焊接引線 樹脂封裝 剪腳成品：LED燈泡和組件8、 LED封裝技術(shù)及結(jié)構(gòu)發(fā)展 (a) 、引腳式(Lamp)LED封裝  引腳式封裝就是常用的Æ3-5mm封裝結(jié)構(gòu)。一般用于電流較小(20-30mA)，功率較低(小于0.1W)的LED封裝。主要用于儀表顯示或指示，大規(guī)模集成時(shí)也可作為顯示屏。其缺點(diǎn)在

16、于封裝熱阻較大(一般高于100K/W)，壽命較短。 (b) 、表面組裝(貼片)式(SMT-LED)封裝  表面組裝技術(shù)(SMT)是一種可以直接將封裝好的器件貼、焊到PCB表面指定位置上的一種封裝技術(shù)。具體而言，就是用特定的工具或設(shè)備將芯片引腳對(duì)準(zhǔn)預(yù)先涂覆了粘接劑和焊膏的焊盤圖形上，然后直接貼裝到未鉆安裝孔的PCB 表面上，經(jīng)過波峰焊或再流焊后，使器件和電路之間建立可靠的機(jī)械和電氣 連接。SMT技術(shù)具有可靠性高、高頻特性好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是電子 行業(yè)最流行的一種封裝技術(shù)和工藝。 (c) 、板上芯片直裝式(COB)LED封裝  COB是Chip On

17、 Board(板上芯片直裝)的英文縮寫，是一種通過粘膠劑或焊料將LED芯片直接粘貼到PCB板上，再通過引線鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與PCB板間電互連的封裝技術(shù)。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂)，也可以是高熱導(dǎo)的金屬基或陶瓷基復(fù)合材料(如鋁基板或覆銅陶瓷基板等)。而引線鍵合可采用高溫下的熱超聲鍵合(金絲球焊)和常溫下的超聲波鍵合(鋁劈刀焊接)。COB技術(shù)主要用于大功率多芯片陣列的LED封裝，同SMT相比，不僅大大提高了封裝功率密度，而且降低了封裝熱阻(一般為6-12W/m.K)。 (d) 、系統(tǒng)封裝式(SiP)LED封裝  SiP(System in Package)是

18、近幾年來(lái)為適應(yīng)整機(jī)的便攜式發(fā)展和系統(tǒng)小型化的要求，在系統(tǒng)芯片System on Chip(SOC)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型封裝集成方式。對(duì)SiP-LED而言，不僅可以在一個(gè)封裝內(nèi)組裝多個(gè)發(fā)光芯片，還可以將各種不同類型的器件(如電源、控制電路、光學(xué)微結(jié)構(gòu)、傳感器等)集成在一起，構(gòu)建成一個(gè)更為復(fù)雜的、完整的系統(tǒng)。同其它封裝結(jié)構(gòu)相比，SiP具有工藝兼容性好(可利用已有的電子封裝材料和工藝)，集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分塊測(cè)試，開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。按照技術(shù)類型不同，SiP可分為四種：芯片層疊型，模組型，MCM型和三維(3D)封裝型。9、LED產(chǎn)品應(yīng)用  10、白光發(fā)光原理芯片數(shù)激發(fā)源發(fā)光材料發(fā)光原理1藍(lán)色LEDInGaN