LED 芯片封裝缺陷檢測(cè)方法及機(jī)理研究

　　LED(Light-emitting diode)由于壽命長(zhǎng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于指示、顯示等領(lǐng)域?？煽啃?、穩(wěn)定性及高出光率是LED取代現(xiàn)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(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。由于封裝工藝本身的原因，導(dǎo)致LED封裝過(guò)程中存在諸多缺陷(如重復(fù)焊接、芯片電極氧化等)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[1。2]：焊接系統(tǒng)的失效占整個(gè)半導(dǎo)體失效模式的比例是25％～30％，在國(guó)內(nèi)[33，由于受到設(shè)備和產(chǎn)量的雙重限制，多數(shù)生產(chǎn)廠家采用人工焊接的方法，焊接系統(tǒng)不合格占不合格總數(shù)的40％以上。從使用角度分析，LED封裝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，雖然使用初期并不影響其光電性能，但在以后的使用過(guò)程中會(huì)逐漸暴露出來(lái)并導(dǎo)致器件失效。在LED的某些應(yīng)用領(lǐng)域，如高精密航天器材，其潛在的缺陷比那些立即出現(xiàn)致命性失效的缺陷危害更大。因此，如何在封裝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)LED芯片的檢測(cè)、阻斷存在缺陷的LED進(jìn)入后序封裝工序，從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、避免使用存在缺陷的LED造成重大損失就成為L(zhǎng)ED封裝行業(yè)急需解決的難題。

　　目前，LED產(chǎn)業(yè)的檢測(cè)技術(shù)主要集中于封裝前晶片級(jí)的檢測(cè)[“]及封裝完成后的成品級(jí)檢測(cè)睜7I，而國(guó)內(nèi)針對(duì)封裝過(guò)程中LED的檢測(cè)技術(shù)尚不成熟。本文在LED芯片非接觸檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上睜9J，在LED引腳式封裝過(guò)程中，利用p-n結(jié)光生伏特效應(yīng)，分析了封裝缺陷對(duì)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(cè)量該回路光電流，實(shí)現(xiàn)LED封裝過(guò)程中芯片質(zhì)量及封裝缺陷的檢測(cè)。

　　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(zhǎng)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(duì)數(shù)。

　　在LED引腳式封裝過(guò)程中，每個(gè)LED芯片是被固定在引線支架上的，LED芯片通過(guò)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。可見(jiàn)，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(wú)光電流流過(guò)若非金屬膜層足夠厚，只有極少數(shù)電子可以隧穿膜層勢(shì)壘，LED支架回路也無(wú)光電流流過(guò)；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(chǎng)，電子主要以場(chǎng)致發(fā)射的方式隧穿膜層，流過(guò)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(shì)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(guò)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(shì)壘，E是垂直芯片電極表面速度為vx電子的能量。