全新光敏高溫熔體壓力傳感器接收led晶片的制作方法
【專利說明】全新光敏高溫熔體壓力傳感器接收LED晶片
[0001]本發(fā)明全新光敏高溫熔體壓力傳感器接收LED晶片屬于電子領域。
[0002]LED只能往一個方向導通(通電)，叫作正向偏置(正向偏壓)，當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與慘入的兀素雜質有關。具有效率聞、壽命長、不易破損、開關速度聞、聞可罪性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發(fā)展民用的去向！
發(fā)光二極管
它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。
[0003]發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算:
R= (E — UF) /IF
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流.R= (E — UF) /IF
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流發(fā)光二極管物理特性發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是:工作電壓很低(有的僅一點幾伏)；工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發(fā)光)；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示O?9十個數目字。
[0004]發(fā)光原理50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極管產生于I960年。LED是英文light emitting d1de (發(fā)光二極管)的縮寫，
發(fā)光二極管
它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。
[0005]發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。
[0006]以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無機半導體物料和所它們發(fā)光的顏色鋁砷化鎵(AlGaAs)-紅色及紅外線
鋁磷化鎵(AlGaP)-綠色
磷化鋁銦鎵(AlGaInP)-高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色
磷砷化鎵(GaAsP)-紅色，橘紅色，黃色
磷化鎵(GaP)-紅色，黃色，綠色
氮化鎵(GaN)-綠色，翠綠色，藍色
銦氮化鎵(InGaN)-近紫外線，藍綠色，藍色
碳化硅(SiC)(用作襯底)-藍色
硅(Si)(用作襯底)_藍色(開發(fā)中)
藍寶石(A1203)(用作襯底)-藍色 zincselenide (ZnSe)-藍色鉆石(C)-紫外線
氮化招(AlN), aluminiumgal liumnitride (AlGaN)-波長為遠至近的紫外線
分類發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光發(fā)光二極管
二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負阻發(fā)光二極管等。
[0007]普通單色發(fā)光二極管
普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅動點亮。它屬于電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。
[0008]普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關，而發(fā)光的波長又取決于制發(fā)光二極管
造發(fā)光二極管所用的半導體材料。紅色發(fā)光二極管的波長一般為65(T700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為63(T650 nm，橙色發(fā)光二極管的波長一般為610?630 nm左右，黃色發(fā)光二極管的波長一般為585 nm左右,綠色發(fā)光二極管的波長一般為555?570 nm。常用的國產普通單色發(fā)光二極管有BT (廠標型號)系列、FG (部標型號)系列和2EF系列，見表4-26、表 4-27 和表 4-28。
[0009]常用的進口普通單色發(fā)光二極管有SLR系列和SLC系列等。
[0010]高亮度單色發(fā)光二極管
高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(fā)光二極管使用的半導體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強度也不同。
[0011]通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵(GaAlAs)等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵(GaAsInP)等材料。
[0012]而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵(GaP)或磷砷化鎵(GaAsP)等材料。
[0013]變色發(fā)光二極管
變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管發(fā)光顏色種類可分為雙色發(fā)光二極管、三色發(fā)光二極管和多色(有紅、藍、綠、白四種顏色)發(fā)光二極管。
[0014]變色發(fā)光二極管按引腳數量可分為二端變色發(fā)光二極管、三端變色發(fā)光二極管、四端變色發(fā)光二極管和六端變色發(fā)光二極管。
[0015]常用的雙色發(fā)光二極管有2EF系列和TB系列，常用的三色發(fā)光二極管有2EF302、2EF312、2EF322 等型號。
[0016]閃爍發(fā)光二極管
閃爍發(fā)光二極管(BTS)是一種由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件，可用于報警指示及欠壓、超壓指示。
[0017]閃爍發(fā)光二極管在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當的直流工作電壓(5V)即可閃爍發(fā)光。
[0018]電壓控制型發(fā)光二極管
普通發(fā)光二極管屬于電流控制型器件，在使用時需串接適當阻值的限流電阻。電壓控制型發(fā)光二極管(BTV)是將發(fā)光二極管和限流電阻集成制作為一體，使用時可直接并接在電源兩端。
[0019]紅外發(fā)光二極管
紅外發(fā)光二極管也稱紅外線發(fā)射二極管，它是可以將電能直接轉換成紅外光(不可見光)并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應用于各種光控及遙控發(fā)射電路中。
[0020]紅外發(fā)光二極管的結構、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵(GaAs)、砷鋁化鎵(GaAlAs)等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。
[0021]常用的紅外發(fā)光二極管有SIR系列、SM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等LED用GaN形成的藍光LED1993年，當時在日本NichiaCorporat1n(日亞化工)工作的中村修二(ShujiNakamura)發(fā)明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的具有商業(yè)應用價值的藍光LED，這類LED在1990年代后期得到廣泛應用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可產生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來的。
[0022]現(xiàn)時生產的白光LED大部分是通過在藍光LED(near-UV，波長450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的發(fā)光二極管晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當LED芯片發(fā)出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬(光譜中心約為580nm)的主要為黃色的光。(實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)由于黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍光,使它看起來就像白色光,而其的色澤常被稱作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由開發(fā)并從1996年開始用在生產白光LED上。若要調校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。而基于其光譜的特性，紅色和綠色的對象在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那么鮮明。
[0023]另外由于生產條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統(tǒng)一，從暖黃色的到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區(qū)分。
[0024]另一個制作的白光LED的方法則有點像日光燈，發(fā)出近紫外光的LED會被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發(fā)紅光和藍光的銪，另一種是發(fā)綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會使黏合劑中的環(huán)氧樹脂裂化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產生較多熱(因為StokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。
[0025]最新一種制造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發(fā)出藍光而基板會發(fā)黃光，混合起來便是白色光。
[0026]設計理念LED的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)光源的設計方法與思路，目前有兩種最新的設計理念。
[0027]情景照明
是以環(huán)境的需求來設計燈具。情景照明以場所為出發(fā)點，旨在營造一種漂亮、絢麗的光照環(huán)境，去烘托場景效果，使人感覺到有場景氛圍。
[0028]情調照明
是以人的需求來設計燈具。情調照明是以人情感為出發(fā)點，從人的角度去創(chuàng)造一種意境般的光照環(huán)境。情調照明與情景照明有所不同，情調照明是動態(tài)的，可以滿足人的精神需求的照明方式，使人感到有情調；而情景照明是靜態(tài)的，它只能強調場景光照的需求，而不能表達人的情緒，從某種意義上說，情調照明涵蓋情景照明。
[0029]光源特點電壓
LED使用低壓電源，供電電壓在3-24V之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。發(fā)光二極管效能
消耗能量較同光效的白熾燈減少80%
適用性
體積很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境穩(wěn)定性
10萬小時，光衰為初始的50%
響應時間
其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級環(huán)境污染
無有害金屬汞顏色
發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和禁帶寬度，實現(xiàn)紅黃綠藍橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。
[0030]價格
LED的價格越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會的把白熾燈換成LED燈。我國部分城市公路、學校、廠區(qū)等場所已換裝完LED路燈、節(jié)能燈等。
[0031]種類發(fā)展
最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λ p=650nm),在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分