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LED芯片封裝缺陷檢測方法研究

作者:草莓视频下载器 來源:網絡 時間:2010-06-12 14:23:34

摘要:引腳式LED芯片封裝工藝中封裝缺陷不可避免。基於p-n結的光生伏特效應和電子隧穿效應,分析了一種封裝缺陷對LED支架回路光電流的影響。利用電磁感應定律對LED支架回路光電流進行非接觸檢測,得到LED芯片功能狀態及芯片電極與引線支架問的電氣連接情況,並對檢測精度的影響因素進行分析。實驗表明,該方法具有高檢測信噪比,能夠實現對封裝過程LED芯片功能狀態及封裝缺陷的檢測。計算結果與實驗結果較好吻合。
關鍵詞:LED芯片;封裝缺陷檢測;p-n結光生伏特效應;電子隧穿效應;非金屬膜層

LED(Light-emitting diode)由於壽命長、能耗低等優點被廣泛地應用於指示、顯示等領域。可靠性、穩定性及高出光率是LED取代現有照明光源必須考慮的因素。封裝工藝是影響LED功能作用的主要因素之一,封裝工藝關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。由於封裝工藝本身的原因,導致LED封裝過程中存在諸多缺陷(如重複焊接、芯片電極氧化等),統計數據顯示[1-2]:焊接係統的失效占整個半導體失效模式的比例是25%~30%,在國內[3],由於受到設備和產量的雙重限製,多數生產廠家采用人工焊接的方法,焊接係統不合格占不合格總數的40%以上。從使用角度分析,LED封裝過程中產生的缺陷,雖然使用初期並不影響其光電性能,但在以後的使用過程中會逐漸暴露出來並導致器件失效。在LED的某些應用領域,如高精密航天器材,其潛在的缺陷比那些立即出現致命性失效的缺陷危害更大。因此,如何在封裝過程中實現對LED芯片的檢測、阻斷存在缺陷的LED進入後序封裝工序,從而降低生產成本、提高產品的質量、避免使用存在缺陷的LED造成重大損失就成為LED封裝行業急需解決的難題。

目前,LED產業的檢測技術主要集中於封裝前晶片級的檢測[4-5]及封裝完成後的成品級檢測[6-7],而國內針對封裝過程中LED的檢測技術尚不成熟。本文在LED芯片非接觸檢測方法的基礎上[8-9],在LED引腳式封裝過程中,利用p-n結光生伏特效應,分析了封裝缺陷對光照射LED芯片在引線支架中產生的回路光電流的影響,采用電磁感應定律測量該回路光電流,實現LED封裝過程中芯片質量及封裝缺陷的檢測。

1理論分析

1.1 p-n結的光生伏特效應[m]根據p-n結光生伏特效應,光生電流IL表示為:



式中,A為p-n結麵積,q是電子電量,Ln、Lp分別為電子和空穴的擴散長度,J表示以光子數計算的平均光強,α為p-n結材料的吸收係數,β是量子產額,即每吸收一個光子產生的電子一空穴對數。

在LED引腳式封裝過程中,每個LED芯片是被固定在引線支架上的,LED芯片通過壓焊金絲(鋁絲)與引線支架形成了閉合回路,如圖1。若忽略引線支架電阻,LED支架回路光電流等於芯片光生電流IL。可見,當p-n結材料和摻雜濃度一定時,支架回路光電流與光照強度I成正比。



1.2封裝缺陷機理

LED芯片受到腐蝕因素影響或沾染油汙時,在芯片電極表麵生成一層非金屬膜,產生封裝缺陷[11]。電極表麵存在非金屬膜層的LED芯片壓焊工序後,焊接處形成金屬一介質-金屬結構,也稱為隧道結。當一定強度的光照射在LED芯片上,若LED芯片失效,支架回路無光電流流過若非金屬膜層足夠厚,隻有極少數電子可以隧穿膜層勢壘,LED支架回路也無光電流流過;若非金屬膜層較薄,由於LED芯片光生電流在隧道結兩側形成電場,電子主要以場致發射的方式隧穿膜層,流過單位麵積膜層的電流可表示為[12]。



其中q為電子電量,m為電子質量,矗為普朗克常數,vx、vy、vz分別是電子在x、y、z方向的隧穿速度,T(x)為電子的隧穿概率。又任意勢壘的電子隧穿概率可表示為[13]

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