LED封裝的工藝過程　　LED封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護(hù)好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。而LED的封裝形式是五花八門，主要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用相應(yīng)的外形尺寸。而支架式全環(huán)氧包封是目前用量最大、產(chǎn)量最高的形式，因此也應(yīng)該是LED封裝產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測的重點(diǎn)突破對象?！　≈Ъ苁饺h(huán)氧包封的主要工序是[4]，首先對LED芯片進(jìn)行鏡檢、擴(kuò)片，并在一組連筋的支架排中每個LED支架的反光碗中心處以及芯片的背電極處點(diǎn)上銀膠（即點(diǎn)膠、備膠工藝），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起安置在支架的反光碗中心處，并通過燒結(jié)將芯片的背電極與支架固結(jié)在一起（即固晶工藝）；通過壓焊將電極引線引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作（即壓焊工藝）；將光學(xué)環(huán)氧膠真空除泡后灌注入LED成型模內(nèi)、然后將支架整體壓入LED成型模內(nèi)（即灌膠工藝），對環(huán)氧膠進(jìn)行高溫固化、退火降溫，固化之后脫模（即固化工藝），最后切斷LED支架的連筋(圖1所示)，最后進(jìn)行分檢、包裝。　　2.2 LED封裝工藝的特點(diǎn)分析　　從LED的封裝工藝過程看，在芯片的擴(kuò)片、備膠、點(diǎn)晶環(huán)節(jié)，有可能對芯片造成損傷，對LED的所有光、電特性產(chǎn)生影響；而在支架的固晶、壓焊過程中，則有可能產(chǎn)生芯片錯位、內(nèi)電極接觸不良，或者外電極引線虛焊或焊接應(yīng)力，芯片錯位影響輸出光場的分布及效率，而內(nèi)外電極的接觸不良或虛焊則會增大LED的接觸電阻；在灌膠、環(huán)氧固化工藝中，則可能產(chǎn)生氣泡、熱應(yīng)力，對LED的輸出光效產(chǎn)生影響。　　因此可知，LED芯片與封裝工藝皆會對其光、電特性產(chǎn)生影響，因此LED的最終質(zhì)量是各個工藝環(huán)節(jié)的綜合反映。要提高其封裝產(chǎn)品質(zhì)量，需要對各個生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時檢測、調(diào)整工藝參數(shù)，以將次品、廢品控制在最低限度。由于封裝工藝過程的精細(xì)、復(fù)雜、高速特性，常規(guī)的接觸式測量幾乎難以實(shí)現(xiàn)封裝中的質(zhì)量檢測，非接觸測量是最有希望的手段。3、非接觸檢測的基本原理　　3.1 LED芯片的光伏特性　　發(fā)光二極管LED芯片的核心是摻雜的PN結(jié)，當(dāng)給它施加正向工作電壓VD時，驅(qū)使價帶中的空穴穿過PN結(jié)進(jìn)入N型區(qū)、同時驅(qū)動導(dǎo)帶中的電子越過PN結(jié)進(jìn)入P型區(qū)，在結(jié)的附近多余的載流子會發(fā)生復(fù)合，在復(fù)合過程中發(fā)光、從而把電能轉(zhuǎn)換為光能。其在電流驅(qū)動條件下發(fā)光的性質(zhì)是由PN的摻雜特性決定，而光電二極管PD的光電特性的也是由PN的摻雜特性決定的，因此LED與PD在本質(zhì)上有相近之處，這樣當(dāng)光束照射到開路的LED芯片上時，會在LED芯片的PN結(jié)兩端分別產(chǎn)生光生載流子電子、空穴的堆積，形成光生電壓VL。若將此LED芯片的外電路短路，則其PN結(jié)兩端的光生載流子會定向流動形成光生電流IL：[4][5] 　　式中：A為芯片的PN結(jié)面積，q是電子電量，w是PN結(jié)的勢壘區(qū)寬度，Ln、Lp 分別為電子、空穴的擴(kuò)散長度， 是量子產(chǎn)額（即每吸收一個光子產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)）， P是照射到PN結(jié)上的平均光強(qiáng)度(即單位時間內(nèi)單位面積被半導(dǎo)體材料吸收的光子數(shù))。它們分別為：　　其中， n、 p分別為電子、空穴遷移率（與材料本身、摻雜濃度以及溫度有關(guān)），KB為玻爾茲曼常數(shù)，T為開氏溫度， n、 p分別為電子、空穴載流子壽命（與材料本身及溫度有關(guān)）， 為半導(dǎo)體PN結(jié)材料本身、摻雜濃度以及激勵光的波長有關(guān)的材料吸收系數(shù)，d是PN結(jié)的厚度，P(x)是在PN結(jié)內(nèi)位置x處的激勵光強(qiáng)度?！　】疾焓剑?）~（3）可知，LED芯片的光伏特性與其PN結(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)相關(guān)，而這些參數(shù)正好是決定LED發(fā)光特性的關(guān)鍵參數(shù)，因此如果一只LED芯片的發(fā)光特性好、則其光伏特性也好，反之亦然。因此可以利用LED芯片發(fā)光特性與光伏特性之間的這種內(nèi)在聯(lián)系，通過測試其光伏特性來間接檢驗(yàn)其發(fā)光特性，判斷LED芯片質(zhì)量的優(yōu)劣，實(shí)現(xiàn)其封裝質(zhì)量的非接觸檢測?！　?.2 LED光伏特性的等效電路　　對于支架式封裝的LED而言，在封裝過程中是將一組連筋的支架裝夾在封裝機(jī)上，然后將芯片與支架封裝在一起，構(gòu)成圖1所示的支架封裝結(jié)構(gòu)。由圖1（b）、（c）可以看出，LED的支架、支架連筋、引線、銀膠與LED芯片一起，構(gòu)成了一個完整的外電路短接通道，正符合光伏效應(yīng)的工作要求。而對于LED封裝質(zhì)量的常規(guī)檢測方法而言，這種工作條件是完全無法開展檢測的。　　由于實(shí)際的LED并不是一個單純的理想PN結(jié)，它不僅包含PN結(jié)的內(nèi)阻、并聯(lián)電阻及串聯(lián)電阻，還包含支架、支架連筋、引線、銀膠，因此PN結(jié)在外界光照下產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)形成的光生電流IL并不完全等于流過支架的光生電流IL1。因此支架上流過的電流是LED光電參數(shù)的綜合反映。　　若將引線支架的內(nèi)阻RL看作是光照時LED的負(fù)載、PN結(jié)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的光生電流IL看作為一個恒流源，則光照時LED的等效電路如圖2所示。即工作于光生伏特效應(yīng)下的LED由可等效為一個理想電流源IL、一個理想二極管D、以及相應(yīng)的等效串、并聯(lián)電阻Rsh、Rs。其中等效并聯(lián)電阻Rsh包括PN結(jié)內(nèi)的漏電阻以及結(jié)邊緣的漏電阻，而等效串聯(lián)電阻Rs包括P區(qū)和N區(qū)的體電阻Rs1、電極的電阻以及電極和結(jié)之間的接觸電阻Rs2，且 　　而IL1是引線支架上流過的負(fù)載電流，IF是流過理想二極管D的正向電流，它與二極管兩端的電壓VD滿足關(guān)系式： 　　式中Is是二極管的反向飽和電流， 是與PN結(jié)電流復(fù)合機(jī)制有關(guān)的一個參數(shù)，它們都是由LED芯片的特性決定。因此IF反映了LED的芯片特性。 根據(jù)圖2所示的等效電路，可以得到光生電流IL與支架上流過的電流IL1的關(guān)系為： 　　由式（7）可以看出，對于LED封裝產(chǎn)品而言，外線路上的電流IL1由兩部分組成，其中分子部分主要反映芯片的內(nèi)在質(zhì)量，而分母則主要反映芯片外部的器件質(zhì)量（如封裝過程中存在的固晶膠連、引線焊接質(zhì)量等諸多缺陷）。因此只要檢測連筋上的光電流，既可全面掌握LED芯片/器件的封裝質(zhì)量。@@@@@@@@@@4、LED封裝質(zhì)量非接觸在線檢測的弱信號檢測技術(shù)　4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理　　考察圖1（b）、（c）及式（7）可知，在LED壓焊之后、灌膠之前，就已經(jīng)形成了LED光伏效應(yīng)必須的短接電路，因此可以在壓焊后、灌膠前，利用LED的光伏效應(yīng)對芯片質(zhì)量、固晶質(zhì)量、壓焊質(zhì)量進(jìn)行檢測，及時挑出次品進(jìn)行人工修補(bǔ)，并根據(jù)檢測結(jié)果對LED封裝生產(chǎn)線的相應(yīng)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時修正，進(jìn)一步控制次品率。而在環(huán)氧封裝完成后、切筋前的環(huán)節(jié)，則還可以再次利用LED的光伏效應(yīng)對封裝的效果進(jìn)行非接觸檢測，指導(dǎo)對環(huán)氧灌膠、固化工藝的實(shí)時調(diào)整，剔除次品/廢品?！　「鶕?jù)圖1及式（7）可知，利用LED的光伏效應(yīng)進(jìn)行芯片/封裝的非接觸檢測，其關(guān)鍵有三，一是用特定光束準(zhǔn)確地照射到LED芯片上，非接觸地提供光伏效應(yīng)所需的光激勵；二是用特殊的技術(shù)手段不，非接觸地獲取支架回路中的光生電流；三是根據(jù)獲取的光生電流，對芯片的質(zhì)量缺陷進(jìn)行判斷。為此采用圖3所示原理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)LED的非接觸檢測[5][6]?！　∑渲邪雽?dǎo)體激光器LD發(fā)出的光經(jīng)聚焦后投射到LED芯片上，以對LED激發(fā)使其產(chǎn)生光伏效應(yīng)。而在信號的采集環(huán)節(jié)，采用電磁耦合方式獲取LED在光照下輸出的電流信號，以實(shí)現(xiàn)非接觸測量。最后采用采用式（7）對光電流進(jìn)行計算處理，對LED的質(zhì)量進(jìn)行判別，并找出影響封裝質(zhì)量的原因，區(qū)分出芯片、封裝的因素?！　‰m然在光照下LED會產(chǎn)生光伏效應(yīng)，但其光伏效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于作為光電探測器的光電二極管PD，因此其光生電流IL極為微弱，只有微安數(shù)量級，因此非接觸地獲取支架回路中的光生電流，是其中技術(shù)難度最大的一個關(guān)鍵。雖然采用電磁耦合方式可實(shí)現(xiàn)LED光生電流的非接觸測量，但是電磁耦合的方式同時也會耦合進(jìn)了空間電磁場，這些外界電磁場噪聲與干擾遠(yuǎn)遠(yuǎn)比光生電流IL強(qiáng)，因此從強(qiáng)烈的外界電磁場信號中提取出十分微弱的光生電流IL非常困難。為此采用抗混濾波、鎖相放大的組合方式，實(shí)現(xiàn)了從強(qiáng)烈的環(huán)境噪聲中分離光生電流IL的目的。