基于LED芯片封装缺陷检测方法研究

文章摘要：图2为在电场f’作用‘F芯片电极表面的势垒图，其中EF为费米能级，U为电子发射势垒。由图2，若芯片电极表面为突变结，其值为U0，光生电流在隧道结两侧形成的电场强度为F，电极表面以外的势垒为U0- qFx。取芯片电极导带底为参考能级E0(x=0)，因而有x<0处，U(x)=0;x>0处，U(x)=U0- qFx，根据条件U(x)=E=U0- qFx2式中d为膜层厚度，V为膜层隧道结两侧电压。当LED芯片发生光生伏特效应时，由式(7)可知，流过芯片电极表面非金属膜层的电流受到膜层厚度的影响，随着膜层增厚，流过膜层的电流减小，流过LED支架回路的光电流也将减小。综上所述，引脚式LED支架

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　　图2为在电场f’作用‘F芯片电极表面的势垒图，其中EF为费米能级，U为电子发射势垒。由图2，若芯片电极表面为突变结，其值为U0，光生电流在隧道结两侧形成的电场强度为F，电极表面以外的势垒为U0- qFx。取芯片电极导带底为参考能级E0(x=0)，因而有x<0处，U(x)=0;x>0处，U(x)=U0- qFx，根据条件U(x)=E=U0- qFx2式中d为膜层厚度，V为膜层隧道结两侧电压。当LED芯片发生光生伏特效应时，由式(7)可知，流过芯片电极表面非金属膜层的电流受到膜层厚度的影响，随着膜层增厚，流过膜层的电流减小，流过LED支架回路的光电流也将减小。

　　综上所述，引脚式LED支架回路光电流的有无或大小可以反映封装工艺中LED芯片的功能状态及芯片电极与引线支架的电气连接情况，因此，可以通过检测LED支架回路光电流达到检测引脚式封装工艺中芯片功能状态和封装缺陷。

　　1.3封装缺陷的检测方法

　　完成压焊工序后，LED处于闭合短路状态，直接导出回路电流进行检测不可行。虽然支架回路有一定电阻，但光生电流只有微安量级，因而支架回路中的压降非常小，用一般的电压测量方法难度较大，而且接触式检测会引入接触电阻，影响检测的准确性。因此，考虑用非接触式的电流检测方法。根据法拉第电磁感应定律，利用引脚式LED自身特征，检测时将带磁芯线圈中磁芯的一端插入图1所示闭合回路z中，LED支架回路作为一级绕组，带磁芯线圈作为次级绕组，并在线圈的两端并联上电容C，与线圈L组成LC谐振回路。以交变的光激励LED芯片时，支架回路中产生交变电流，交流载流回路会在周围空间产生交变磁场，次级线圈交变磁场则在次级线圈中产生感生电动势。若交变光频率与LC谐振回路频率相等时，LC回路发生共振，此时次级线圈两端感生电动势最大。因此，可以通过检测次级线圈两端感生电动势间接达到检测支架回路光电流的目的，实现对封装工艺中芯片功能状况及焊接质量的检测。

　　LC谐振回路中，线圈中磁芯起到增强磁感应强度B的作用，从而增加检测信号幅值。又线圈中磁芯的有效磁导率与相对磁导率间关系可表示为：

　　式中，μe磁芯的有效磁导率，胁为磁芯的相对磁导率，μr为磁芯的有效磁路长度，名为非闭合气隙长度。

　　由式(8)可以看出，影响有效磁导率胁从而影响磁感应强度B的参数有：

　　①磁芯材料的相对磁导率胁。与所选软磁磁芯材料有关(软磁材料初始相对磁导率一般大于1000)，当磁芯材料选定后，其相对磁导率为确定值。

　　②磁芯的有效长度le、非闭合气隙长度lg，它们由磁芯的结构决定。微弱电流产生的磁场易受外界因素干扰，磁路越长，干扰越大，所以磁芯的有效长度宜短。

　　在磁芯材料确定的情况下，为了得到较大磁感应强度B，需改变线圈中磁芯的结构。若磁芯结构设计为环形，由式(8)知，磁感应强度B增大倍数理论上与磁芯的相对磁导率卢，大小相等，检测信号幅值将达到最大。与条形磁芯同种材质的u型磁芯上搭接一块条形磁芯就构成环形磁芯线圈，其搭接方式有两种，如图3示。

　　检测时将绕有线圈的U型磁芯的一端插入图1所示1闭合回路，感应LED支架回路中回路电流产生的交变磁通，再将条形磁芯搭接在U型磁芯上，使感应磁路闭合。由于搭接方式不同，两种搭接方式的磁芯线圈处在支架回路所产生的交变磁场中时，其搭接处磁路也将不同，用Ansoft MaxwELl软件仿真两种搭接方式的磁芯搭接处在交变磁场中的磁回路，结果如图4示

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