CN103364707A - 大功率led芯片封装质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率LED芯片封装质量检测方法，是一种基于PN结光生伏特效应的接触式检测方法。在大功率LED芯片封装过程中，首先利将光源装置（1）产生的均匀光场，垂直照射在支架（2）上待测LED（3）和标准LED（4）的受光面；其次，利用引脚夹具（5）将PN结上产生的光生电流信号分别引入信号采样比较电路（6），再对各被测LED与标准LED产生的电压值进行比较和差值放大处理；处理后的电压差值经模拟开关（7）后提供给中央控制系统（8）进行模数转换和分析，将封装质量不合格的LED所在位置显示在显示屏（9）上，同时发出报警。该方法通过引入均匀光场和标准LED，且对光生信号采用相减处理，消除了夹具接触电阻产生的误差，保证了检测精度。

Description

大功率LED芯片封装质量检测方法

技术领域

本发明涉及一种大功率LED芯片的检测方法，特别是一种适用于大功率LED封装质量检测的接触式检测方法。

背景技术

大功率LED作为第四代电光源，被称为“绿色照明光源”。随着社会的不断进步，人类生活要求的不断提高，大功率LED灯将得到进一步的普及，并将最终取代白炽灯、卤钨灯和荧光灯等传统照明工具成为新一代光源。但是，在大功率LED生产过程中，由于LED芯片封装技术的局限性，使芯片在封装过程中会出现电极氧化、虚焊等问题。据相关资料统计：在整个LED半导体失效模式中，由焊接造成的失效率占25%～30%。因此，对大功率LED芯片封装质量检测方法的研究具有一定的实用性。

目前，LED芯片的检测方法有很多，但大多数适用于对封装前的芯片检测和封装后的成品检测，这些检测方法主要分为接触式检测和非接触式检测。接触式检测方法主要包括：四探针法、OBIC（Optical Beam Induced Current）法和Vander Pauw法。四探针法是利用探针直接接触LED芯片的两极，通过对两级注入电流获得样品的电压电流关系，测量半导体材料的少子寿命、迁移率、电阻率等参数；OBIC法是基于PN结的光电效应实现的，根据外加不同偏置电压时LED芯片PN结产生的光生信号的变化规律来检测LED芯片的功能和工作状态；Vander Pauw法可以用来测量更小的测试区域。而非接触式检测方法主要包括：激光SQUID法和无线探针板法。激光SQUID法是通过测量光电流产生的磁场分布来实现PN结的检测；无线探针板法要求附加一套发送接收电路才能完成对芯片的整体测试，且无法确认故障位置，效率较低且成本高。

中国专利申请01112096.7公开了一种半导体基片品质评价方法，它采用光源断续地照射在待测半导体基片表面，从而诱发基片光致发光，再将光致发光强度转变为电信号，并有检测器件检测。该方法适用于外延片的检测。中国专利申请02265834.3和02136269.6分别公开了关于LED平均发光强度测量装置，适用于对LED成品的封装质量检测。中国专利申请200710078657.X公开了一种适用于小型LED芯片封装质量非接触在线检测方法，但不适用于大功率LED芯片封装质量的检测。

总之，现有的LED检测方法主要适用于LED外延片检测或成品检测，不适用于大功率LED封装质量的在线批量检测。如何实现LED芯片封装质量的高效在线检测，已经成为LED封装行业急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现大功率LED芯片封装质量批量在线接触式检测的方法。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，该方法基于PN结的光生伏特效应，也即利用适当波长的光垂直照射焊接后的LED芯片PN结，由于光照作用引起载流子的定向运动，从而在PN结内形成自n区向p区的光生电流I。该光生电流强度不仅与光照强度、PN结结面积、电子和空穴的扩散长度和光激发电子空穴对的产生率有光，还与芯片的焊接质量有关；当PN结失效或存在焊接缺陷，将不产生或产生较小的光生电流I。因此，在保证被测LED和与其相同型号的标准LED收到相同光场照射的前提下，通过比较它们产生的光生电流信号的差值，就可以快速判断出被测LED的芯片封装质量。该检测方法的特征在于：所述的光源装置产生均匀光场，垂直照射在所述支架上的各待测大功率LED和标准LED的受光面上；所述的引脚夹具将各LED的PN结上产生的光生伏特信号分别引入信号采样比较电路；所述的多路信号采样比较电路将各待测LED和标准LED产生的光生电流信号转变为光生电压信号，并进行比较和差值放大处理；所述的中央控制系统对经模拟开关输入的电压差值进行模数转换和进一步的分析、判断，并将封装质量不合格的待测LED所在位置显示在所述的显示屏上，同时发出光、声报警。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，包括光源装置，其特征在于：所需的光源装置为一种在光出射面具有光照均匀性的光源，测量时该均匀光场垂直照射在各待测LED和标准LED的受光面上，从而保证了各LED产生光生电流的外界光照强度条件具有一致性。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，包括一个标准LED，其特征在于：所述的标准LED与待测LED同类型，并且LED芯片焊接良好；所述的标准LED用于为测量提供参考标准。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，包括引脚夹具装置，其特征在于：所述的引脚夹具装置能夹紧安装在支架上各待测LED的管脚以及标准的LED的管脚；所述的引脚夹具装置通过导线将各LED的PN结产生的光生电流信号分别引入多路信号采样比较电路。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，包括多路信号采样比较电路，其特征在于：所述的多路信号采样比较电路由多路采样电路和差分放大电路组成；所述的采样电路由两恒压源UI和U2、LED和采样电阻R串联组成，用于将PN结产生的光生电流信号转换成光生电压信号；所述的差分放大电路由集成运算放大器组成，用于比较和放大各个待测LED与标准LED产生的光生电压信号之间的差值。

本发明所涉及的一种大功率LED芯片封装质量检测方法，包括中央控制系统，其特征在于：所述的中央控制系统为单片机系统，它通过模拟开关选择不同通道的差分放大电压信号输入；所述的中央控制系统通过片内的模/数转换器将输入的差分放大电压信号转换为数字信号，并通过内部的程序判对该信号进行判别；所述的中央控制系统与显示屏、声光报警等外部设备相连接，并将判别为异常的待测LED的位置通过显示屏予以显示，同时发出声、光报警。

附图说明

图1为本发明大功率LED芯片封装质量检测方法的原理框图。

图2为实现本发明的一种测量系统的组成框图。

图3为光源装置的一种结构示意图。

图4为引脚夹具装置的一种结构示意图。

图5为多路信号采样比较电路原理图。

图中：1、光源装置；2、LED支架；3、待测LED；4、标准LED；5、引脚夹具；6、多路信号采样比较电路；7、模拟开关；8、中央控制系统；9、显示屏；10、均匀光场；11、上平面；12、LED灯；13、内侧面；14、下平面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行描述。

大功率LED芯片封装质量检测方法，其原理框图如图1所示：在LED芯片封装过程中，首先通过光源装置（1）产生的均匀光场，垂直照射在LED支架（2）上的待测大功率LED（3）和标准LED（4）的受光面；其次，利用引脚夹具（5）将LED的PN上产生的光生电流信号分别引入多路信号采样比较电路（6）；在多路信号采样比较电路（6）中，先由两恒压源UI（10）和U2（11）、LED和采样电阻R（12）串联组成的采样电路将光生电流信号转换为光生电压信号，再将各待测LED和标准LED产生的光生电压信号分别输入由集成运算放大器构成的差分放大电路进行相减和差值放大处理；处理后的电压差值经模拟开关（7）后提供给中央控制系统（8）进行模数转换和进一步的分析与判断，并将封装质量不合格的LED所在位置显示在液晶屏上，同时发出报警。该方法由于引入均匀光场和标准LED，并对光生信号采用相减处理，消除了夹具接触电阻产生的误差，有效保证了检测精度。

大功率LED芯片封装质量检测方法，实现该方法的测量系统组成框图如图2所示，由光源装置（1）、LED支架（2）、芯片焊接后的待测LED（3）、芯片焊接良好的标准LED（4）、引脚夹具（5）、多路信号采样比较电路（6）、模拟开关（7）、中央控制系统（8）和显示屏（9）等基本部分组成。

大功率LED芯片封装质量检测方法，其光源装置必须能产生均匀光场，该装置的一种结构示意图如图3所示，其实现方法是：光源装置整体结构为圆台状结构，圆台的上平面（11）分布呈中心对称、环状排列的多盏LED灯（12）作光源，圆台的下平面（14）采用磨砂玻璃，圆台的上平面和内侧面（13）镀有高反射率膜，由光源发出的光线经过上、下台面、内侧面多次反射和磨砂玻璃的漫发射，形成均匀光场。利用该均匀光场垂直照射在待测LED和标准LED的受光面上，从而保证了被测LED和标准LED的PN结产生光生电流的外界条件具有一致性。

大功率LED芯片封装质量检测方法，其引脚夹具（5）的一种结构示意图如图4所示， 可上下活动的引脚夹暂时接触安装在LED支架（2）上的待测LED（3）和标准LED（4）的引脚，并通过导线将光生电流信号引入多路信号采样比较电路（6）；测量结束后，完成测量在LED支架会随着流水线向前移动，移出引脚夹具（5），而后续待测的LED支架将自动填装入引脚夹具（5）内，从而实现批量自动封装检测。

大功率LED芯片封装质量检测方法，其多路信号采样比较电路原理图如图5所示，以其中一路采样比较电路为例：U1和U2为恒压源，R12和R13为采样电阻，D1和D0分别是待测的LED和标准LED；A1，A2，A3是OP07运算放大器，其工作电压为±15V，放大倍数为100倍左右；在光源激励的环境下，D1和D0由于发生光生伏特效应产生微弱的光生电压信号分别通过A1和A3进行放大；A2的作用是对前级放大的两个信号进行对比，当两个信号值相同或非常接近时，输出的差值放大电压信号VO约等于0；否则，VO的输出值会随着两个信号值的差值的增加而增加，以便于后续AD转换器模块对信号的采集处理。

大功率LED芯片封装质量检测方法，其中央控制系统采用内部含有模/数转换器（ADC）的单片机芯片，如图2测量系统组成框图所示，中央控制系统通过模拟开关选择某一路的差值放大电压信号进入央控制器，利用片内的ADC对该电压信号进行数模转换，再根据内设的判断程序对被测的LED芯片的封装质量进行判别，将存在焊接封装质量问题的LED芯片所在支架位置通过LCD显示屏显示，同时发出声、光报警。

Claims (5)

1.一种大功率LED芯片封装质量检测方法，其特征在于：由光源装置（1）产生的均匀光场垂直照射在支架（2）上的各待测大功率LED（3）和标准LED（4）的受光面上，使各LED的PN结因光生伏特效应，产生微弱的光生电流；利用引脚夹具装置（5）将光生电流信号引入多路信号采样比较电路（6）；多路信号采样比较电路（6）通过采样电路将光生电流转换为光生电压信号，再通过差分放大电路比较和放大待测大功率LED（3）和标准的LED（4）的光生电压信号之间的差值，并将放大后的差值信号经模拟开关（7）后，输入到中央控制系统（8）进行模数转换和进一步的分析；封装质量不合格的LED所在位置将显示在显示屏（9）上，同时发出声、光报警。

2.如权利要求1所述的大功率LED芯片封装质量检测方法，其特征在于：光源装置（1）必须采用能产生均匀光场的光源，以保证待测大功率LED（3）和标准的LED（4）的PN结产生光生伏特效应的外界光源条件具有一致性。

3.如权利要求1所述一种大功率LED芯片封装质量检测方法，其特征在于：该检测方法是一种接触式测量方法，它通过引脚夹具装置（5）将处于均匀光场中的待测大功率LED（3）和标准的LED（4）产生的光生电流信号分别引入信号采样比较电路（6）。

4.如权利要求1所述的大功率LED芯片封装质量检测方法，其特征在于：多路信号采样比较电路（6）由多路采样电路和差分放大电路组成；采样电路由两恒压源UI和U2、LED和采样电阻R串联组成，用于将PN结产生的光生电流信号转换成光生电压信号；由集成运算放大器组成的差分放大电路，用于比较各个待测LED与标准LED的PN结产生的光生电压信号之间的差值，并对该差值进行放大处理。

5.如权利要求1和2所述的大功率LED芯片封装质量检测方法，其特征在于：在均匀光场中设置了标准LED（4），该标准LED与待测LED（3）具有相同的型号，且芯片封装质量良好，用于为检测各待测LED（3）的PN结产生的光生电流信号提供参照和标准。

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