LED芯片/器件封装缺陷的非接触检测技术

4、LED封装质量非接触在线检测的弱信号检测技术

4.1系统实现原理

考察图1（b）、（c）及式（7）可知，在LED压焊之后、灌胶之前，就已经形成了LED光伏效应必须的短接电路，因此可以在压焊后、灌胶工字电感前，利用LED的光伏效应对芯片质量、固晶质量、压焊质量进行检测，及时挑出次品进行人工修补，并根据检测电感封装结果对LED封装生产线的相应工艺参数进行实时修正，进一步控制次品率。而在环氧封装完成后、切筋前的环节，则还可以再次利用LED的光伏效应对封装的效果进行非接触检测，指导对环氧灌胶、固化工艺的实时调整，剔除次品/废品。

根据图1及式（7）可知，利用LED的光伏效应进行芯片/封装的非接触检测，其关键有三，一是用特定光束准确地照射到LED芯片上，非接触地提供光伏功率电感器效应所需的光激励；二是用特殊的技术手段不，非接触地获取支架回路中的光生电流；三是根据获取的光生电流，对芯片的质量缺陷进行判断。为此采用图3所示原理系统，实现LED的非接触检测[5][6]。

其中半导体激光器LD发出的光经聚焦后投射到LED芯片上，以对LED激发使其产生光伏效应。而在信号的采集环节，采用电磁耦合方式获取LED在光照下输出的电流信号，以实现非接触测量。最后采用采用式（7）对光电流进行计算处理，对LED的质量进行判别，并找出影响封装质量的原因，区分出芯片、封装的因素。

虽然在光照下LED会产生光伏效应，但其光伏效应远远弱于作为光电探测器的光电二极管PD，因此其光生电流IL极为微弱，只有微安数量级，因此非接触地获取支架回路中的光生电流，是其中技术难度最大的一个关键。虽然采用电磁耦合方式可实现LED光生电流的非接触测量，但是电磁耦合的方式同时也会耦合进了空间电磁场，这些外界电磁场噪声与干扰远远比光生电流IL强，因此从强烈的外界电磁场信号中提取出十分微弱的光生电流IL非常困难。为此采用抗混滤波、锁相放大的组合方式，实现了从强烈的环境噪声中分离光生电流IL的目的。

4.2系统验证实验

利用图3所示原理系统，搭建了试验平台，对数组支架式LED封装产品进行了原理验证实验。实验条件是支架式LED封装环氧封装脱模后、但尚未切断连筋的成品组。主要实验有系统检测效果的综合定性实验、芯片固晶错位对LED输出光生电流影响的模拟实验、引线焊接质量对LED输出光生电流的模拟影响实验等[4][5]。

4.2.1不同芯片LED的对比实验

图4是不同芯片LED的对比实验效果。其中图4（a）、（b）、（c）分别是三只不同芯片LED在同等条件下的对比实验，图4（d）则是没有LED的输出结果（相当于纯粹环境噪声的结果）。从图4可看出，不同芯片的差异得到了充分的体现；而且从表1可看出，30次实验重复结果有极好的一致性。另外从图4还可以看出，每只LED的检测时间仅5毫秒，如果按1：1的信号占空比计算，则在不考虑机械运动与惯性的条件下，纯粹从电气处理的角度看，此方法可以达到100只/秒的检测速度。

4.2.2LED芯片固晶错位影响的模拟实验

当固晶位置有偏差时，芯片将偏离环氧透镜球心位置，这时入射的激光束经透镜后将产生偏折而不能全部聚焦到芯片上，导致芯片接受到得总光强P变弱。由式（7）可以看出，入射光强P的变化将引起IL1的线性变化。因此系统输出的信号强度，也能反映固晶的质量。为此通过调整照射LED的激光光源强度，来模拟固晶偏差，其实验结果如图5所示，与（7）式完全吻合。

4.2.3引线焊接质量影响的模拟实验结果

在图2所示的等效电路中，Rs2与负载RL是串联的，由于电极的电阻以及电极和结之间的接触电阻Rs2很难直接测量，因此实验中通过串联不同的负载电阻RL来模拟接触电阻Rs对检测结果造成的影响，其试验结果如图6所示。由图6可知，随着外加负载RL的增大，流过负载的电流越来越小。实验与理论都表明，接触电阻Rs的微小变化会使支架上流过的电流IL1产生很大的改变。对于功能完好的LED芯

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