《LED封装技术》习题解答资料

LED 封装技术封装技术 习题解答习题解答 第一次作业第一次作业 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 1 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 平面发光 光束方向性好 最 大在 2 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 并尽量降低芯片结温 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 第二次作业第二次作业 1 能带与能级的区别是什么 答 单个原子的能级是分立的 N 个相距无限远的原子能级也是分立的 当固体中 N 个原子紧 密排列时 由于原子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 这些新能级基本上连成一 片形成能带 2 1 已知 GaAs 半导体材料的 Eg 1 424eV 求该材料的发光波长 2 已知 InGaAsP 的发光 波长是 1300nm 求该材料的禁带宽度 Eg 解 1 12401240 nmnm870nm 1 424 g E 2 1240 eV 0 954eV 1300nm g E 答 GaAs 半导体材料的发光波长是 870nm InGaAsP 的禁带宽度是 0 954eV 3 某直接带隙半导体材料的发光波长为 550nm 求其在常温 27 时光谱的半强度全宽 解 22392 9 348 1 81 8 1 38 10JK 300K 550 10 m 11 3 10 m11 3nm 6 626 10J s 3 10 m s kT hc 答 该半导体材料在常温 27 时的半强度全款为 11 3nm 4 在 AlGaN 半导体材料中 Al 的百分比是 0 63 求其在常温 27 的峰值波长 并求出该发光材料 光谱的半强度全宽 解 1 1 Al GaN xx 3 42eV2 86eV 1 1 0eV 3 42eV0 63 2 86eV0 63 1 0 63 1 0eV 3 42eV1 80eV0 23eV5 46eV g Exxx 1240 nm227nm 5 46 2 22392 9 348 1 81 8 1 38 10JK 300K 227 10 m 1 9 10 m1 9nm 6 626 10J s 3 10 m s kT hc 答 峰值波长是 227nm 该发光材料光谱的半强度全宽 1 9nm 第三次作业第三次作业 1 已知电子的有效质量 me 9 1 10 31kg 空穴的有效质量 mh 3 8 10 30kg GaAs 单量子阱厚度 d 8nm 计算在第一个电子的子能带态 n 1 和在第一个空穴子能带态 n 1 的偏移 解 2342672 22 c 29231462 e 3 1 6 626 10J s 4 390 10 J s 9 422 10J 88 8 10 m 9 1 10kg4 659 10mkg 5 85 10eV5 85meV n h E dm 2342672 22 v 29230452 3 1 6 626 10J s 4 390 10 J s 2 256 10J 88 8 10 m 3 8 10kg1 9456 10mkg 1 40 10eV1 40meV n h h E dm 答 电子和空血穴的子能带态分别是 5 85meV 和 1 40meV 2 GaAs 量子阱带隙能量 Eg1 1 424 eV 由上题已知条件 求该 LED 在第一子能带态的发光波长 解 2 33 1 1 2 11 1 424eV 5 85 10eV 1 40 10eV1 431eV 8 gg eh h EE dmm 1 12401240 nm866nm 1 431 g E 答 该 LED 的发光波长为 866nm 3 绘出置于 120o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 0o 45o 90o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 0o 45o 90o三条光线只有 90o的那条光线可以通过光 杯反射而起到聚集光束的作用 中间发光点 边缘发光点 第四次作业第四次作业 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 丧失接着力 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 丧失接着 力 6 已知金线的极限抗拉强度 求直径 23 m 0 9mil 的金丝的最大拉力 焊接界面 b 207MPa 铝垫的极限抗拉强度 金丝球焊线机对该金丝的实际焊接面积为 max 393MPap 2 real 257 mA 求金线与铝垫的界面拉脱力 解 金线的最大拉力为 2 66 bwirca 207 10 P3 14 11 5 10 m 0 086N8 8gFA 金线与铝垫的界面拉脱力 6122 maxreala 393 10 P257 10m0 101N10 3gFpA 答 金线的最大拉力为 8 8g 金线与铝垫的界面拉脱力 10 3g10 3g10 3g 第五次作业 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 ZnSe单结晶基板白光LED 5 光子晶体白光LED 6 量子阱白光LED 2 阐述多色芯片中三芯片白光 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 100lm 对应 CCT 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 蓝荧光粉的白光 LED 的优缺点 答 优点 显色性好 制备简单 缺点 发光效率低 泄露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 A12O3 YAM 900 1100 YAM A12O3 4YAP 1100 1250 3YAP A12O3 YAG 1400 1600 第六次作业 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 结温度升高对白光 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 芯片到焊点的总热阻 16 W 试求该 LED 的结温是多少 品红品红 红红 绿绿蓝蓝 白白 黄黄 青青 解 jspthj sp TTRP jspthj sp 42 5 16 0 06 43 46CTTRP 答 该小功率 LED 芯片结温是 43 46 4 某大功率 LED 其功率为 5 瓦 支架焊接点的温度为 55 芯片到焊接点的总热阻 7 W 试求 该 LED 的结温是多少 解 jspthj sp TTRP jspthj sp 55 7 5 90CTTRP 答 该 LED 的结温是 90 第七次作业 第七次作业 1 系统电路板的厚度为 1 5mm 用其双面敷铜制作发热电子元件的散热器 已知金属化过孔外径 为 7 10 4mm 壁厚为 1 10 4mm 过孔数量为 50 个 敷铜材料的热导率为 390W m K 求该散热 器的热阻是多少 解 3 27714 5 1 5 10 50 390 3 14 7 101010 4 08 10C W thj sp h R n kDtt 答 该散热器的热阻是 4 08 105 W 第八次作业 第八次作业 1 某直插式 LED 球面曲率半径为 1 5mm 环氧树脂包封材料的折射率为 1 5 空气折射率为3 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 填于表格中 并说明像的虚 实等特征 mm s 1 5 3 4 5 6 mm s 像的特征 解 由和 s 1 5mm 3mm 4 5mm 6mm 得 nnnn ssR mm s 1 5 3 4 5 6 mm s 1 5 6 12 像的特征虚像虚像成像无穷远实像 第九次作业第九次作业 1 1 1 在直插式在直插式在直插式LEDLEDLED 封装时 芯片可以视为点光源 芯片位于环氧树脂圆柱底面的坐标原点封装时 芯片可以视为点光源 芯片位于环氧树脂圆柱底面的坐标原点封装时 芯片可以视为点光源 芯片位于环氧树脂圆柱底面的坐标原点8 处 圆柱高度为处 圆柱高度为处 圆柱高度为 5mm5mm5mm 求三个随机数 求三个随机数 求三个随机数时 芯片发出的某个光子与圆时 芯片发出的某个光子与圆时 芯片发出的某个光子与圆 O x y z 1 2 1lmn 柱面的碰撞位置柱面的碰撞位置柱面的碰撞位置 C C C 的坐标 保留两位小数 的坐标 保留两位小数 的坐标 保留两位小数 解 由解 由解 由 得 得 得 xxyyzz lmn 222 xyR 2 y xz 2222 44xxx 2 616x mmmmmm 16 1 63 6 xz 21 63 23 26 mm yx 答 该光子在球面上的碰撞位置 C 1 43 3 26 1 43 xyz 2 2 2 在大功率单芯片在大功率单芯片在大功率单芯片 LEDLEDLED 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处 即坐标原点处 若封装球面的曲率半径处 即坐标原点处 若封装球面的曲率半径 求三个随机数 求三个随机数 求三个随机数 O x y z 3 5mmR s s 3 o o 1 0n R 1 i 2 i 1 5n O 时 芯片发出的某个光子与球面的碰撞位置时 芯片发出的某个光子与球面的碰撞位置时 芯片发出的某个光子与球面的碰撞位置 B B B 的坐标 保留两位小数 的坐标 保留两位小数 的坐标 保留两位小数 1 1 2lmn 解 由解 由解 由 得 得 得 xxyyzz lmn 2222 xyzR 2 z xy 2222 43 5xxx 2 612 25x mmmmmm 12 25 1 43 6 xy 21 43 22 86 mm zx 答 该光子在球面上的碰撞位置 C 1 43 1 43 2 86 xyz 第十次作业第十次作业 1 某GaN发光二极管 温度变化系数k 2mV K 在结温50 时它的正向电压降为3 40伏 当结温 上升到80 时其正向电压降是多少 解 由得 F2F1 V TV Tk T 3 F2F1 3 42 10 8050 3 400 063 34 V V TV Tk T 答 其正向电压降是3 34伏 2 某大功率LED在环境温度25 时 测得其正向电压降为3 2伏 正向电流为1 56安 工作结温 75 若电光转换效率为30 求其热阻是多少 解 由得 JAJA J A FF 1 TTTT R PI V 光 JAJA J A FF 752550 14 3 K W 1 3 2 1 56 1 0 3 3 49 TTTT R PI V 光 答 大功率 LED 的热阻是 14 3K W 第十一次作业第十一次作业 1 已知某单色光在 CIE1931 RGB 系统中的色度坐标 r 0 4 g 0 4 b 0 2 三者之和等于 1 求在 CIE1931 XYZ 系统的色度坐标 x y z 的值 结果均保留四位有效数字 并验证后三 者之和是否也等于 1 解 由 得 0 49000 0 31000 0 20000 0 66697 1 13240 1 20063 0 17697 0 81240 0 01063 0 66697 1 13240 1 20063 0 00000 0 01000 0 99000 0 66697 rgb x rgb rgb y rgb rgb z r 1 13240 1 20063 gb 0 49000 0 40 31000 0