【正文】 源于分子生物學(xué)中的電泳技術(shù)，其工藝過(guò)程為：首先批量制造出一定外形的微元件，同時(shí)在基板上刻蝕出相應(yīng)外形的組裝點(diǎn)，并在互連位置涂上焊料；然后將過(guò)量的微元件分散懸浮在特定的載體溶液中，溶液的溫度使焊料處于熔融狀態(tài)；在外力攪拌的作用下，微元件就在基板組裝點(diǎn)周圍移動(dòng)，并隨機(jī)地接近某個(gè)對(duì)應(yīng)的組裝點(diǎn)；微元件在自身重力、液態(tài)粘結(jié)材料的毛細(xì)管力和表面張力等的作用下，經(jīng)過(guò)定位、定向而非常精確地連接到組裝點(diǎn)上；最后將沒(méi)有組裝的剩余微元件沖出基板表面，清除掉基板上的溶液。 LED芯片在FSA工藝中的對(duì)位方式在FSA工藝中，LED芯片在基板相應(yīng)組裝點(diǎn)上的定向和定位是組裝成功的關(guān)鍵步驟之一，它直接影響LED芯片組裝的質(zhì)量和效率。外形匹配式對(duì)位是主要通過(guò)微元件與基板上凹坑的外形對(duì)應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微元件的定向和定位。沒(méi)有進(jìn)入組裝點(diǎn)的元件將被沖出基板表面，經(jīng)過(guò)清洗，進(jìn)入下一次的組裝。外形匹配式自組裝原理簡(jiǎn)單，具有在三維空間內(nèi)高密度組裝、可靠性高和組裝面平整等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景很好。由于元件的高度和凹坑的深度一致，組裝后留下一個(gè)較平整的表面。最后采用半導(dǎo)體工藝中的金屬化和引線刻蝕等方法完成表面的電互連。對(duì)于不同特性的微元件，通常需要進(jìn)行多匹次并行裝配，即在單匹次中只并行裝配同一類芯片?；旌蠈?duì)位模式自組裝是使用具有特定導(dǎo)向性外形的LED芯片，在基板或芯片相應(yīng)的焊盤上涂覆粘結(jié)劑，然后將微元件懸浮在載體溶液中，在液體流動(dòng)作用下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自行對(duì)位組裝。Wei Zheng等研究了這種混合對(duì)位模式的自組裝方法，成功地將幾百個(gè)微小的AlGaInP/GaAs發(fā)光二極管在4分鐘內(nèi)組裝到載體基板上，組裝成功率超過(guò)97％。硅載體和玻璃包封單元均刻蝕有200微米深的菱臺(tái)形開口，這與LED芯片的厚度一致。完成微組件的制備后，然后在100℃的乙烯乙二醇（沸點(diǎn)197℃）溶液中，在活塞泵產(chǎn)生的脈沖流體的強(qiáng)力攪拌下，經(jīng)兩步完成微系統(tǒng)的自組裝：第一步是硅載體和LED芯片依靠外形識(shí)別自行對(duì)位，鍍金的芯片背面與硅載體凹坑內(nèi)涂覆有銦焊料的底面連接，液態(tài)焊料表面能最小化驅(qū)使LED芯片自行地調(diào)整到對(duì)準(zhǔn)的位置，對(duì)準(zhǔn)精度一般可達(dá)亞微米級(jí)，如圖21（b）。每個(gè)開口有5個(gè)涂覆焊料的表面，它們可潤(rùn)濕并連接到LED相應(yīng)鍍金的外形面和硅基板上。經(jīng)過(guò)對(duì)混合模式對(duì)位自組裝工藝過(guò)程的分析，人們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生的缺陷不是自組裝方法本身導(dǎo)致的，它主要與可能構(gòu)造的空間局部能量最小化分布和脈沖泵的攪拌水平有關(guān)，通過(guò)優(yōu)化元件設(shè)計(jì)以及合適的攪拌，混合對(duì)位模式自組裝工藝的成功率將進(jìn)一步提高。目前LED發(fā)白光的方式比較多，每種方法得到的白光的質(zhì)量也不盡相同。但由于LED特殊的結(jié)構(gòu)，其光源性能參數(shù)的測(cè)試有特別的要求，這樣才能保證測(cè)量的一致性和準(zhǔn)確性。這是目前最為主要的生產(chǎn)方式，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)容易，且沒(méi)有多晶型生產(chǎn)方式普遍存在的各個(gè)LED晶粒的光衰減率、溫度特性和壽命有差異的缺陷，但是其發(fā)光效率較低，目前約只有為25～35 1m/W，且在高電流工作下，色溫升高的問(wèn)題較為嚴(yán)重。其發(fā)光光譜和藍(lán)色LED+YAG相比要寬得多，而且可以利用熒光體的組合，發(fā)出白光以外的各種發(fā)光色，但是紫外光轉(zhuǎn)換為黃綠光的過(guò)程中，能量損失比藍(lán)光的要大，因此發(fā)光效率比較低，紫外光的泄漏也不安全。(二)多晶型：(1)紅色LED+藍(lán)色LED+綠色LED通過(guò)將電流控制在適當(dāng)?shù)妮敵龉β时认拢蓪⒓t(AlGaAs)藍(lán)(InGaN)綠(AlInGaP)三原色LED所發(fā)出的光混合成白光，并可通過(guò)電流加以控制調(diào)整其頻譜特性，具有較高的發(fā)光效率且色溫易調(diào)整，但是它要使用三顆LED晶粒，且個(gè)別晶粒材質(zhì)差異很大，因此在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，整體生產(chǎn)成本較高。 LED特征參數(shù)簡(jiǎn)介綜合測(cè)試LED各項(xiàng)性能指標(biāo)是評(píng)價(jià)LED照明光源的基礎(chǔ)。反向電壓(Vr)：被測(cè)LED器件通過(guò)的反向電流為確定值時(shí)，兩極間所產(chǎn)生的電壓降。 (2)相關(guān)光參數(shù)相對(duì)光譜功率分布：在光輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)，各個(gè)波長(zhǎng)的相對(duì)輻射功率分布情況。光通量：通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口向整個(gè)空間在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺(jué)的輻射通量，單位為流明。 (3)相關(guān)色度學(xué)參數(shù)色度坐標(biāo)：光源對(duì)應(yīng)的RGB三原色在CIE確定的色度圖中的坐標(biāo)值。對(duì)于組裝后的LED光源，在應(yīng)用于照明時(shí)還需對(duì)其照明性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，這主要包括光通量、照度以及成本等。另外一個(gè)是光通量的計(jì)算，通過(guò)分別計(jì)算LED燈具的光通量和LED光源的光通量來(lái)合理布置LED的位置、確定LED的個(gè)數(shù)，合理的添加光學(xué)器件，從而滿足不同的照明需要。此時(shí)光源的光通量以及在被照工作面上產(chǎn)生的照度是我們?cè)O(shè)計(jì)燈具時(shí)非常關(guān)心的，其計(jì)算對(duì)于燈具的設(shè)計(jì)有著直接的指導(dǎo)作用[41]。對(duì)于單個(gè)點(diǎn)光源的照度，其基本計(jì)算公式可由下面兩個(gè)照度定律導(dǎo)出，這兩個(gè)定律是照度計(jì)算的基礎(chǔ)[42]。(2)余弦定律如果圖中的P點(diǎn)在水平面H上，則P點(diǎn)的照度為： 式中Iθ—光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；cosθ—光源至照度計(jì)算點(diǎn)的連線與光源至照度計(jì)算平面的垂線之間夾角的余弦；l—光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。光源的尺寸相比于光源和被照面的距離小于五分之一時(shí)，可認(rèn)為光源為點(diǎn)光源?？傉斩瓤捎孟率奖硎? 式中—第n個(gè)光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；θn—第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)連線與光源至照度計(jì)算平面垂線之間夾角的余弦；ln—第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。此時(shí)，照明設(shè)計(jì)可以采用比較簡(jiǎn)單的平均照度計(jì)算法而使得計(jì)算簡(jiǎn)化，即計(jì)算落到工作面上的總光通量除以被照面的面積。除了積分球方法外，LED照明光源的光通量還可通過(guò)照度來(lái)計(jì)算得到，其思路是通過(guò)環(huán)帶分割然后求和的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。燈具固定懸掛在距離被照平面高度為H的位置上，根據(jù)不同的中心角θ1,θ2,…θn，將被照平面分成對(duì)應(yīng)半徑為R1, R2,…Rn的不同環(huán)帶，各環(huán)帶面積比為S1, S2,… Sn，對(duì)應(yīng)各環(huán)帶所測(cè)平均照度分別為Erp1 ,Erp2,…Erpn，各環(huán)帶的光通量分別應(yīng)為：第一環(huán)帶光通量：第二環(huán)帶光通量：依次類推：第n 環(huán)帶光通量：故總的光通量：球帶半徑R由燈具的懸掛高度H和要求角度的精度決定，習(xí)慣上，配光曲線均采用等角角度分割法，測(cè)試中每5為一間隔。4 LED照明光源的制備 4 LED照明光源的制備據(jù)行業(yè)分析機(jī)構(gòu)CIR的研究報(bào)告預(yù)測(cè)，全球2008年LED銷售額將逾56億美元，其中大功率LED占據(jù)絕大部分，主要應(yīng)用是普通燈具。中國(guó)作為照明器具生產(chǎn)大國(guó)，需要抓住這次半導(dǎo)體照明變革的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)照明產(chǎn)業(yè)的提升，特別應(yīng)把握2008北京奧運(yùn)會(huì)和2010上海世博會(huì)舉辦的機(jī)遇，加快在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用研究。為了探索LED光源的性能及其在組裝上存在的問(wèn)題，我們制備了幾種不同的LED光源，通過(guò)對(duì)燈具設(shè)計(jì)、基板組裝、驅(qū)動(dòng)電路、照度測(cè)試以及成本評(píng)估了解并掌握LED照明光源組裝工藝及性能測(cè)試方法，為進(jìn)一步研究LED光源在通用照明市場(chǎng)上的應(yīng)用做準(zhǔn)備。LED光源由于具有節(jié)能環(huán)保以及長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，并且可方便的設(shè)計(jì)成各種大小和形狀的燈具，因此很受人們的青睞。LED燈具一般由三部分組成：LED組合光源、驅(qū)動(dòng)電路和光學(xué)透鏡系統(tǒng)。影響燈具發(fā)光效果的因素包括：芯片的率35及個(gè)數(shù)、芯片在燈具內(nèi)的放置位置和透鏡的形狀等。在照明光源的設(shè)計(jì)中，光效率和光分布均勻性是最重要的兩個(gè)因數(shù)，對(duì)于目前LED照明光源，基于自身的特點(diǎn)，還得特別考慮散熱性能問(wèn)題。如下圖：該光源為3顆1W的LED元件，先貼裝到MCPCB上，然后成對(duì)稱分布組裝到鋁基板上，3顆LED為串聯(lián)，電流為1A，可作為射燈或露營(yíng)燈。MCPCB為鋁、環(huán)氧樹脂和銅箔組成的復(fù)合基板，具有非常高的熱導(dǎo)率，它是將銅箔通過(guò)環(huán)氧樹脂粘結(jié)到鋁基板上，然后在銅箔上刻蝕出引線和焊盤。LED為直流工作元件，出射光強(qiáng)隨正向電流變化比較大，為了出光均勻，應(yīng)采用恒流驅(qū)動(dòng)，但生活中恒壓電源更容易獲得，因此實(shí)際中LED的工作模式包括恒流與恒壓兩種。同種LED在恒流驅(qū)動(dòng)下亮度一致，出射光均勻，但恒流電源的獲取比較困難，一般是從恒壓電源變換得到，這降低了整體驅(qū)動(dòng)電路的效率并增加了成本。有兩種方法可以控制正向電流。其實(shí)現(xiàn)方法一般采用一個(gè)電壓電源和一個(gè)鎮(zhèn)流電阻器，如圖42所示。則圖36中LED的電流為20mA。正向電壓變化11％會(huì)導(dǎo)致更大的正向電流變化，達(dá)30％。圖42 帶鎮(zhèn)流電阻的電壓電源導(dǎo)致效率降低和正向電流失配在電源電壓較為有限的應(yīng)用場(chǎng)合，多個(gè)LED只能以并聯(lián)方式工作。但是這些電阻也會(huì)浪費(fèi)功率，降低電路效率。第二種方法、也是首選的LED電流調(diào)整方法是利用恒流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。 因此可產(chǎn)生恒定的LED亮度，無(wú)論正向電流如何變化。只需要調(diào)整通過(guò)電流檢測(cè)電阻器的電壓，而不用調(diào)整電源的輸出電壓。電源參考電壓和電流檢測(cè)電阻器值決定了LED電流。驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED需要在每個(gè)LED串中放置一個(gè)鎮(zhèn)流電阻，這會(huì)導(dǎo)致效率降低和電流失配。圖42是成本最低的解決方案，它將白光LED串聯(lián)一個(gè)鎮(zhèn)流電阻(RB)，再于電路的兩端加上恒壓源。會(huì)有20mA電流通過(guò)圖42的白光LED，(仍在正常的3V至4V容差范圍內(nèi))，正向電流就會(huì)下降至14mA；換言之，正向電壓只要改變11%，正向電流就會(huì)出現(xiàn)30%的大幅度變動(dòng)。比較理想的白光LED驅(qū)動(dòng)方式是采用恒流源，它能避免白光LED正向電壓改變而造成的電流變動(dòng)，即使用可控制的恒定正向電流，就能提供可控制的恒定顯示亮度。絕大多數(shù)顯示器都需要多個(gè)白光LED，若設(shè)計(jì)人員要靈活地驅(qū)動(dòng)多個(gè)白光LED，他們應(yīng)將所有白光LED串聯(lián)，確保每顆白光LED的電流都相同。直流穩(wěn)流電源與此正好相反。穩(wěn)流電路有許多不同的電路型式，如參數(shù)穩(wěn)流器、串聯(lián)穩(wěn)流器、開關(guān)穩(wěn)流器等，其中參數(shù)穩(wěn)流器和串聯(lián)穩(wěn)流應(yīng)用比較廣泛。如圖44所示為恒流二極管穩(wěn)流電源電路。應(yīng)用此電路時(shí)需要注意兩點(diǎn)：一是恒流二極管的最高工作電壓必須小于它的擊穿電壓；二是它的最小工作電壓一定要大于起始電壓。這里所說(shuō)的最高和最低是指在允許變化的范圍內(nèi)最高界限和最低界限，并非是無(wú)窮大（開路）和趨于零（短路）兩種極限。同理，當(dāng)最低，最大時(shí)，最高，應(yīng)滿足大于，即 在選用這種電路時(shí)，首先要按照所要求的負(fù)載電流選擇恒流管，恒流管的恒定電流應(yīng)大干負(fù)載電流。如果一只恒流管的恒定電流不能滿足負(fù)載電流的需求時(shí)，可以采用圖45所示的電路型式，用兩只或多只恒流管并聯(lián)，這種情況的負(fù)載電流是各個(gè)并聯(lián)恒流管的恒定電流之和，對(duì)于擊穿電壓要取并聯(lián)管的最小值，至于起始電壓應(yīng)取并聯(lián)管的最大值。恒流三極管比恒流二極管多了一個(gè)控制柵級(jí)G。當(dāng)?shù)扔诹銜r(shí)，就是控制柵極和陰極短路，相當(dāng)于一個(gè)恒流二極管。 從電路上看，但流三極管穩(wěn)流源比恒流二極管電路多了一個(gè)可變電阻RP。圖46 簡(jiǎn)單晶體管穩(wěn)流電路利用晶體管和電子管也可以設(shè)計(jì)穩(wěn)流電源。當(dāng)晶體管的集電極與發(fā)射極之間的電壓高于晶體管的飽和壓降之后，的變化對(duì)集電極電流的影響就很小了。由此可知在應(yīng)用這種電路時(shí)，首先要從晶體管手冊(cè)中查出所采用晶體管的飽和壓降數(shù)據(jù)來(lái)，使晶體管集電極與發(fā)射極之間的電壓高于飽和壓降的數(shù)值，否則達(dá)不到穩(wěn)流的目的。這就是晶體管穩(wěn)流電源的最基本的計(jì)算公式。與串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源相比有許多相似的地方，不同的地方主要在取樣部分。穩(wěn)流電源的取樣與負(fù)載串聯(lián)，稱為電流取樣。想辦法使的阻值穩(wěn)定不變，上電壓降的大小直接隨負(fù)載電流變化。圖48 穩(wěn)流電源自動(dòng)調(diào)節(jié)模式穩(wěn)流電源也是一個(gè)自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)路，其調(diào)節(jié)模式如圖48所示?！到y(tǒng)對(duì)環(huán)內(nèi)阻G——調(diào)整管VT的跨導(dǎo)K——誤差放大器出壓放大倍數(shù)——采樣電阻——輸入電壓UI變化引起的電流變化——系統(tǒng)開環(huán)時(shí)變化電流——經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)在調(diào)整管上轉(zhuǎn)換的電流。假設(shè)在調(diào)整管上的轉(zhuǎn)換電流為，當(dāng)作用到采樣電阻上時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)立即作出響應(yīng)并在反饋終端產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電壓。在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，回路僅存在一個(gè)極小的電流偏差，環(huán)路增益愈大，愈小。增益愈大，電流偏差就愈小，但絕對(duì)不可能為零。它把回路電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓在誤差放大器中進(jìn)行比較放大，然后將其送至調(diào)整管VT的基極，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管VT對(duì)輸出電流變化進(jìn)行補(bǔ)償校正。另外，在輸出電流下限附近，由于調(diào)整營(yíng)的在輸出電流中所占的比例較大，輸出電流的穩(wěn)定性能將嚴(yán)重惡化。但是作為一個(gè)通道來(lái)說(shuō)，對(duì)輸出到負(fù)載的電流以及反饋信號(hào)電流都具有分流作用，對(duì)穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性能或多或少會(huì)有影響。但是負(fù)載電阻變化時(shí)造成的信號(hào)電流與沒(méi)有時(shí)相比要小。所以在引人時(shí)應(yīng)該慎重，應(yīng)盡可能取較大的數(shù)值。它的不穩(wěn)定因素主要是由溫度造成的。如果基準(zhǔn)電壓是從比高得多的穩(wěn)壓管上電阻分壓得到，還要選用穩(wěn)定性較好的電阻器， 以減小分壓器對(duì)基準(zhǔn)電壓的影響。 取樣電阻對(duì)穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性能的影響與基準(zhǔn)電壓影響大體相同。解決的辦法一方面是選擇低溫度系數(shù)的電阻材料，且要進(jìn)行嚴(yán)格的熱處理工藝，保證電阻材料性能穩(wěn)定。保證在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)溫升不要太高以便提高電阻的穩(wěn)定性。這種方法不消耗電源功率，穩(wěn)定性也比電阻取樣高，是在大負(fù)載電流時(shí)一種較好的取樣方法。 便攜式LED采用的驅(qū)動(dòng)設(shè)備 在要求移動(dòng)的照明領(lǐng)域，比如汽車光源、露營(yíng)燈、便攜設(shè)備的照明等，驅(qū)動(dòng)電源一般為汽車電池（12V）或24節(jié)干電池或者能提供更大電流的18650鋰電池。目前市場(chǎng)上有專門針對(duì)電池供電、驅(qū)動(dòng)多個(gè)大功率LED的IC，,主要應(yīng)用于手電筒照明. AMC7135能以350mA恒定電流輸出推動(dòng)1W的高功率LED,達(dá)到穩(wěn)定亮度、,并具有輸出短路/開路保護(hù)與內(nèi)建過(guò)熱保護(hù)裝置,適合應(yīng)用在要求體積小與密閉空間的LED手電筒,礦燈。下面介紹AMC7135及AMC7150芯片的原理。圖411。正常工作溫度為40176。該芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅為有個(gè)控制電路和一個(gè)時(shí)鐘電路，并且控制電路通過(guò)一個(gè)MOS管輸出。并且該芯片的的大小與輸出電流有直接關(guān)系，輸出電流平均為320mA，峰值為340mA。圖413為AMC7150驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈時(shí)的電路圖。L為220uH。首