LED芯片封裝缺陷檢測方法研究

目前，LED產(chǎn)業(yè)的檢測技術(shù)主要集中于封裝前晶片級的檢測[“]及封裝完成后的成品級檢測睜7I，而國內(nèi)針對封裝過程中LED的檢測技術(shù)尚不成熟。本文在LED芯片非接觸檢測方法的基礎(chǔ)上睜9J，在LED引腳式封裝過程中，利用p-n結(jié)光生伏特效應(yīng)，分析了封裝缺陷對光照射LED芯片在引線支架中產(chǎn)生的回路光電流的影響，采用電磁感應(yīng)定律測量該回路光電流，實(shí)現(xiàn)LED封裝過程中芯片質(zhì)量及封裝缺陷的檢測

1理論分析

1．1 p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)[m]根據(jù)p-n結(jié)光生伏特效應(yīng)，光生電流IL表示為：

　　式中，A為p-n結(jié)面積，q是電子電量，Ln、Lp分別為電子和空穴的擴(kuò)散長度，J表示以光子數(shù)計(jì)算的平均光強(qiáng)，α為p-n結(jié)材料的吸收系數(shù)，β是量子產(chǎn)額，即每吸收一個(gè)光子產(chǎn)生的電子一空穴對數(shù)。

在LED引腳式封裝過程中，每個(gè)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支架回路光電流等于芯片光生電流IL?？梢?，當(dāng)p-n結(jié)材料和摻雜濃度一定時(shí)，支架回路光電流與光照強(qiáng)度I成正比。

　　1．2封裝缺陷機(jī)理

　　LED芯片受到腐蝕因素影響或沾染油污時(shí)，在芯片電極表面生成一層非金屬膜，產(chǎn)生封裝缺陷[11]。電極表面存在非金屬膜層的LED芯片壓焊工序后，焊接處形成金屬一介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)，也稱為隧道結(jié)。當(dāng)一定強(qiáng)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，只有極少數(shù)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，由于LED芯片光生電流在隧道結(jié)兩側(cè)形成電場，電子主要以場致發(fā)射的方式隧穿膜層，流過單位面積膜層的電流可表示為[12]。

　　其中q為電子電量，m為電子質(zhì)量，矗為普朗克常數(shù)，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]

　　其中jin、jout。分別是進(jìn)入膜層和穿過膜層的電流密度，，x指向?yàn)樾酒姌O表面到壓焊點(diǎn)，為膜層中z方向任意點(diǎn)的勢壘，E是垂直芯片電極表面速度為vx電子的能量。_g1uY0U,t*T9RBO0

　　圖2為在電場f’作用‘F芯片電極表面的勢壘圖，其中EF為費(fèi)米能級，U'為電子發(fā)射勢壘。由圖2

若芯片電極表面為突變結(jié)，其值為U0，光生電流在隧道結(jié)兩側(cè)形成的電場強(qiáng)度為F，電極表面以外的勢壘為U0- qFx。取芯片電極導(dǎo)帶底為參考能級E0(x=0)，因而有x0處，U(x)=0；x>0處，U(x)=U0- qFx，根據(jù)條件U(x)=E=U0- qFx2

式中d為膜層厚度，V為膜層隧道結(jié)兩側(cè)電壓。當(dāng)LED芯片發(fā)生光生伏特效應(yīng)時(shí)，由式(7)可知，流過芯片電極表面非金屬膜層的電流受到膜層厚度的影響，隨著膜層增厚，流過膜層的電流減小，流過LED支架回路的光電流也將減小。

　　　綜上所述，引腳式LED支架回路光電流的有無或大小可以反映封裝工藝中LED芯片的功能狀態(tài)及芯片電極與引線支架的電氣連接情況，因此，可以通過檢測LED支架回路光電流達(dá)到檢測引腳式封裝工藝中芯片功能狀態(tài)和封裝缺陷。