二極管
二極管，(英語(yǔ)：Diode)，電子元件當中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管(Varicap Diode)則用來(lái)當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)(稱(chēng)為順向偏壓)，反向時(shí)阻斷 (稱(chēng)為逆向偏壓)。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個(gè)PN結兩個(gè)引線(xiàn)端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。一般來(lái)講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場(chǎng)。當外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。
早期的二極管包含“貓須晶體(“Cat‘s Whisker” Crystals)”以及真空管(英國稱(chēng)為“熱游離閥(Thermionic Valves)”)?，F今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。
特性
正向性
外加正向電壓時(shí)，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結內電場(chǎng)的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱(chēng)為死區。這個(gè)不能使二極管導通的正向電壓稱(chēng)為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后，PN結內電場(chǎng)被克服，二極管正向導通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內，導通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定數值 ，內電場(chǎng)很快被削弱，特性電流迅速增長(cháng)，二極管正向導通。 叫做門(mén)坎電壓或閾值電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V。硅二極管的正向導通壓降約為0.6~0.8V，鍺二極管的正向導通壓降約為0.2~0.3V。
反向性
外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反向飽和電流在nA數量級，小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時(shí)，半導體受熱激發(fā)，少數載流子數目增加，反向飽和電流也隨之增加。
擊穿
外加反向電壓超過(guò)某一數值時(shí)，反向電流會(huì )突然增大，這種現象稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向導電性。如果二極管沒(méi)有因電擊穿而引起過(guò)熱，則單向導電性不一定會(huì )被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復，否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應避免二極管外加的反向電壓過(guò)高。
二極管是一種具有單向導電的二端器件，有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管因為燈絲的熱損耗，效率比晶體二極管低，所以現已很少見(jiàn)到，比較常見(jiàn)和常用的多是晶體二極管。二極管的單向導電特性，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。
二極管的管壓降：硅二極管(不發(fā)光類(lèi)型)正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會(huì )隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。
二極管的電壓與電流不是線(xiàn)性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時(shí)候要接相適應的電阻。
特性曲線(xiàn)
與PN結一樣，二極管具有單向導電性。硅二極管典型伏安
特性曲線(xiàn)(圖)。在二極管加有正向電壓，當電壓值較小時(shí)，電流極小;當電壓超過(guò)0.6V時(shí)，電流開(kāi)始按指數規律增大，通常稱(chēng)此為二極管的開(kāi)啟電壓;當電壓達到約0.7V時(shí)，二極管處于完全導通狀態(tài)，通常稱(chēng)此電壓為二極管的導通電壓，用符號UD表示。
對于鍺二極管，開(kāi)啟電壓為0.2V，導通電壓UD約為0.3V。在二極管加有反向電壓，當電壓值較小時(shí)，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當反向電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí)，電流開(kāi)始急劇增大，稱(chēng)之為反向擊穿，稱(chēng)此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。
反向擊穿
齊納擊穿
反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區寬度很小，反向電壓較大時(shí)，破壞了勢壘區內共價(jià)鍵結構，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱(chēng)為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。
雪崩擊穿
另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數值時(shí)，外加電場(chǎng)使電子漂移速度加快，從而與共價(jià)鍵中的價(jià)電子相碰撞，把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場(chǎng)加速后又撞出其它價(jià)電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱(chēng)為雪崩擊穿。無(wú)論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結永久性損壞。
大功率LED多功能封裝的集成技術(shù)包含哪些？
隨著(zhù)全球能源短缺趨勢日益加劇，綠色節能環(huán)保的LED備受矚目。世界各國都制訂了本國LED照明發(fā)展計劃，我國“十二五”規劃也對LED照明發(fā)展目標進(jìn)行了明確描述，并將LED列為“十二五”期間重點(diǎn)節能工程，位列國家七大戰略性新興產(chǎn)業(yè)中的節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)和新材料產(chǎn)業(yè)。
隨著(zhù)LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從LED顯示屏芯片的生產(chǎn)到燈具市場(chǎng)，已經(jīng)形成了一條相對完善的產(chǎn)業(yè)鏈。但對于傳統的LED照明，從芯片、封裝、電路板一直到應用，各個(gè)環(huán)節都相對獨立。不同場(chǎng)所的照明需求，對LED的封裝提出了各種新的要求。如何在模組內集成多種技術(shù)，并通過(guò)系統封裝的方式使LED模組封裝趨于小型化、多功能化、智能化成為了我們需要探索的問(wèn)題。從技術(shù)的角度來(lái)看，LED是一種半導體器件，容易與其他半導體相關(guān)技術(shù)相結合而發(fā)展出具有更高附加值的產(chǎn)品，開(kāi)拓出全新的、傳統照明無(wú)法觸及的市場(chǎng)。LED多功能系統三維封裝能夠整合光源、有源、無(wú)源電子器件、傳感器等元件，并將他們集成于單一微小化的系統之中，是極具市場(chǎng)潛力的一項新技術(shù)。
LED多功能封裝集成技術(shù)
目前市場(chǎng)上存在一些簡(jiǎn)單的LED集成封裝產(chǎn)品，但是集成度較低，不能滿(mǎn)足未來(lái)LED發(fā)光模組對LED封裝產(chǎn)品的需要。芯片模組光源的發(fā)展趨勢體現了照明市場(chǎng)對技術(shù)發(fā)展的要求：便攜式產(chǎn)品需要集成度更高的光源;在商業(yè)照明、道路照明、特種照明、閃光燈等領(lǐng)域，集成的LED光源有很大的應用市場(chǎng)。與封裝級模組相比，芯片級模組體積較小，節省空間，也節省了封裝成本，并且由于光源集成度高，便于二次光學(xué)設計。
三維立體封裝是近幾年發(fā)展起來(lái)的電子封裝技術(shù)。從總體上看，加速三維集成技術(shù)應用于微電子系統的重要因素包括以下幾個(gè)方面：
1.系統的外形體積：縮小系統體積、降低系統重量并減少引腳數量;
2.性能：提高集成密度，縮短互連長(cháng)度，從而提高傳輸速度并降低功耗;
3.大批量低成本生產(chǎn)：降低工藝成本，如采用集成封裝和PCB混合使用方案;多芯片同時(shí)封裝等;
4.新應用：如超小無(wú)線(xiàn)傳感器等;
目前有多種不同的先進(jìn)系統集成方法，主要包括：封裝上的封裝堆疊技術(shù);PCB(引線(xiàn)鍵合和倒裝芯片)上的芯片堆疊，具有嵌入式器件的堆疊式柔性功能層;有或無(wú)嵌入式電子器件的高級印制電路板(PCB)堆疊;晶圓級芯片集成;基于穿硅通孔(TSV)的垂直系統集成(VSI)。三維集成封裝的優(yōu)勢包括：采用不同的技術(shù)(如CMOS、MEMS、SiGe、GaAs等)實(shí)現器件集成，即“混合集成”，通常采用較短的垂直互連取代很長(cháng)的二維互連，從而降低了系統寄生效應和功耗。因此，三維系統集成技術(shù)在性能、功能和形狀等方面都具有較大的優(yōu)勢。近幾年來(lái)，各重點(diǎn)大學(xué)、研發(fā)機構都在研發(fā)不同種類(lèi)的低成本的集成技術(shù)。
半導體照明聯(lián)合創(chuàng )新國家重點(diǎn)實(shí)驗室針對LED系統集成封裝也進(jìn)行了系統的研究。該研究針對LED筒燈，通過(guò)開(kāi)發(fā)圓片級的封裝技術(shù)，計劃將部分驅動(dòng)元件與LED芯片集成到同一封裝內。其中，LED與線(xiàn)性恒流驅動(dòng)電路所需的裸片是電路發(fā)熱的主要元件，同時(shí)體積比較小，易于集成，但由于主要發(fā)熱元件需要考慮散熱設計。其他元件體積較大，不易于集成。電感、取樣電阻與快速恢復二極管等，雖說(shuō)也有一定的熱量產(chǎn)生，但不需要特殊的散熱結構。
基于以上考慮，我們對發(fā)光模組的組裝進(jìn)行如下設計：
1.驅動(dòng)電路裸片與LED芯片集成在封裝之內，其余電路元件集成在PCB板上;
2.PCB電路板圍繞在集成封裝周?chē)阌谶B接
3.PCB與集成封裝放置于熱沉之上;
該結構的優(yōu)勢在于：體積較小;主要發(fā)熱元件通過(guò)封裝直接與熱沉接觸，易于散熱;不需要特別散熱的元件，放置在普通PCB上。相比MCPCB，節省了成本;在需要時(shí)，可將元件設計在PCB板的背面，藏在熱沉的空區域中，避免元件對出光的影響。
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