一、半导体发光二极管工作原理及应用

　　1、LED工作原理

　　LED是light-emittingdiode的缩写，主要由PN结芯片、电极和光学系统组成,发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

　　2、LED应用

　　(1)显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点,广泛应用于各种室内、户外显示屏,分为全色、三色和单色显示屏。(2)汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等(3)LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目,LED作为LCD背光源应用,具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点,已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器。(4)LED照明光源早期的产品发光效率低,光强一般只能达到几个到几十个mcd,适用在室内场合,在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯,这种替代趋势已从局部应用领域开始发展(5)其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋,走路时内置的LED会闪烁发光,电量指示灯,正在流行的LED圣诞灯等等。

　　二、LED产业链介绍

　　LED包括衬底、外延、芯片、封装、应用各产业环节。LED产业具有典型的不均衡产业链结构，一般按照材料制备、芯片制备和器件封装与应用分为上、中、下游，虽然产业环节不多，但其涉及的技术领域广泛，技术工艺多样化，上下游之间的差异巨大，上游环节进入壁垒大大高于下游环节（上游外延片制备的投资规模比一些下游应用环节高出上千倍），呈现金字塔形的产业结构（图3）

　　其中，上游和中游是典型的技术或资本密集的“三高”产业：高难度、高投入、高风险，在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依赖极强，而处于产业链下游的封装和应用环节壁垒很低，属于劳动密集型产业。

　　衬底材料是LED照明的基础，也是外延生长的基础，不同的衬底材料需要不同的外延生长技术，又在一定程度上影响到芯片加工和器件封装。因此，衬底材料的技术路线必然会影响整个产业的技术路线，是各个技术环节的关键。

　　芯片制造的难度仅次于材料制备，同属于技术和资本密集型产业，进入壁垒仍然很高。其技术上的难题主要包括提高外量子效率、降低结温和有效散热。目前核心技术同样也掌握在大企业手中，如美国HP、Cree、德国Osram等。

　　封装技术经历了整整40年的快速发展已经非常成熟。出于对散热、白光、二次光学等技术指标的要求，食人鱼、PowerTOP、大尺寸、多芯片、UV白光等形式的封装结构应运而生。用于封装的焊线机、分选机的价格大幅下降（当前自动焊线机从几十万元降至十几万元，低档的手动焊线机甚至已降至几千元）。此外，为LED封装的各种配套（如环氧树脂、金丝、支架、荧光粉等）产品的价格也已不高。

　　LED应用主要指灯具制造和控制系统，技术更多地体现在系统设计、结构设计、散热处理以及二、三次光学设计，但与中上游产业相比，基本不存在技术难度。

　　三、LED存储现状

　　现阶段大多数的LED厂商LED封装厂的存储方式简单原始，主要是以下的存放条件

　　存贮条件:打开包装之前,LED存放在温度25℃,湿度50%或更低条件，大部分厂商都存放在30%RH。主要方式有使用普通防潮柜，或是存放于氮气柜中甚至直接存放在库房中没有防护。

　　四、LED防潮防氧化改进措施及展望

　　在没有一个行业标准出台之前，各大企业之间的防氧化存储方案都是按照前人的经验，想要了解LED防潮防氧化的要求，我们先来了解LED需要存储的材料。

　　LED制造过程中，主要的防氧化存品:LED芯片制造过程中的半导体材料即金属电路框架存储，金属支架。存储品主要材质为，金、银、铜、镍、铝及半导体材料。

　　这些材质中铜最容易发生氧化，所以一般会在铜外层镀一层保护材料。如金，银，镍等。在LED行业中镀银材料比较常见，单质银在常规状态下化学性质表现稳定,同水及空气中的氧极少发生化学反应,但遇到硫化氢、氧化合物、紫外线照射,酸、碱、盐类物质作用则极易发生化学反应,其表现为银层表面发黄并逐渐变成黑褐色。

　　影响金属支架防氧化的因素有:湿度，存储时间，镀层质量(厚度)等。在行业中常见的应用是，正规金银镀层，湿度稳定30%RH以下，时间不超过1个月。金属框架一般以铜、镍为主要材料，其更容易氧化，且比较害怕灰尘，所以行业常见的存放方法是放在氮气柜内及低湿柜中。

　　LED打开包装后应该在12小时内焊接完成,剩余未焊接LED应存放在防潮包装袋内,比如密封的带吸湿的容器内。建议把剩余LED放回到原来的包装内.LED电极,支架,热层全部是铜材质并且表面电镀银。银在有腐蚀性的物质环境下可能会因受到污染而受到影响。因此请避免存放在会引起LED腐蚀、失去光泽、支架变色的环境下，LED腐蚀或变色可能降低可焊接性或影响光学特性。LED暴露在高温的有腐蚀性的环境中更可能会加快LED的腐蚀.同时请避免LED从不同的环境温度中快速的转移,尤其要注意不能在高湿环境下这可能引起收缩。

　　但是目前这样常见的存储方案面临着多种问题：

　　?、低湿存储柜以低端民用为主，速度慢，湿度波动及误差大，经常开关门湿度就很难降的下来，所以容易发生细微的氧化现象，特别如果镀层不厚，或者存储时间过长，就很可能发生。一般建议提高存储湿度要求至10%RH，同时存储设备湿度下降速度最好不要超过40%~10%RH，30分钟。

　　?、氮气柜一般非常简陋，常常没有湿度检测和控制，流量往往也非常小，一般常见流量连10L/分钟都不到。所以开关门一多，柜内湿度及含氧量就会居高不下，而且无法检测。在开关门频繁时，容易发生未知的产品失效，所以需要改进。建议将氮气流量调整为体积10L/每分钟的流量，选用带湿度自动显示及控制的，同时又有比较好的密闭性，当湿度到设定值时能够停止供气，处于保压状态，即保证有效换气量，又节省了氮气消耗。

　　我们来看IPC-M-109中关于潮湿敏感元件防护的文件：1、IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分级:该文件的作用是帮助制造厂商确定元器件对潮湿的敏感性，并出了八种潮湿分级和车间寿命(floorlife)。2、IPC/JEDECJ-STD-033潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准该文件提供处理、包装、装运和干燥潮湿敏感性元件的推荐方法。

　　从这两个文件我们就可以看到，LED产品的存储特别是SMDLED及TOPLED的存放:

　　存储的安全条件为5%RH以下，所以存储设备的性能需要满足这个湿度要求。尤其对于SMD及TOP的制造厂商，为了保证烘烤干燥后至包装发运前器件不再受潮，需要对存储设备提出更高的要求。包装务必选用真空包装，以保证运输途中不受潮。应用厂商，在拆封SMD或TOP后，不能立刻贴装掉的，也需要临时存储在高级别的超低湿存储设备中，以免吸潮后发生损伤。

　　这个是对静态存储的要求，那么对于动态变化比较大的存储环境特别是生产现场，需要经常存取物料的要求，不仅仅是需要湿度到5%RH，更为重要的是降湿时间要控制在最短，目前业内降湿速度从60%—5%最快的为30min，这个时间段对产品存储的波动影响也是比较小。

　　目前市场上的防潮产品，主要有电子式，充气式（含氮气）。而根据产品的工作原理及技术条件，大部分的电子式都不太符合产品的动态防潮存储。推荐使用充气式的防潮存储，不仅是为了达到稳定的低湿5%RH更是为了能在对短的时间回复到安全的低湿状态，达到防潮干燥作用。对LED前景的讨论已是老生常谈，由于寿命长、耗能少、体积小、响应快、抗震抗低温、污染小等突出的优点，其应用领域极为广阔。初步计算，未来中国每年采用LED照明节省的电力相当于三峡电站全年的发电量，同时可减少8000万吨CO2、65万吨SO2和32万吨NO2的排放，称之为“人类照明史上的革命”并不为过。根据目前全球LED产业发展情况，预测LED照明将使全球照明用电减少一半，2007年起，澳大利亚、加拿大、美国、欧盟、日本及中国台湾等国家和地区已陆续宣布将逐步淘汰白炽灯，发展LED照明成为全球产业的焦点。从中我们看出来这个行业正在飞速发展着，中国的LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在这条产业链中，防潮应用是不可或缺的，需求量只会越来越大，而要求也越来越高，湿度更低，降湿更快，操作更简单，各种配套要求更多，如防静电，存储分区，湿度监控，报警等等。

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