LED非接觸在線檢測技術研究.pdf

1、隨著半導體發(fā)光材料研究的不斷深入及LED制造工藝的不斷進步，LED的性能大幅提高，LED作為普通照明光源的應用指日可待。價格昂貴是制約LED照明普及的主要因素之一，而LED芯片的封裝是LED生產的主要成本源之一。為了避免次品的后續(xù)封裝工藝流程，提高產品的成品率，LED封裝完成前的檢測就成為半導體照明技術發(fā)展與產業(yè)推廣急需解決的關鍵技術。
　　 本文針對LED芯片制造及封裝過程中急需解決的產品質量檢測問題，在了解國內外LED檢測現

2、狀的基礎上，根據LED結構特征和發(fā)光機理，以及LED在芯片制造及封裝工藝上的特點，深入分析了LED光-電和電-光轉換特性之間的內在聯(lián)系，及相同注入強度時光致發(fā)光和電致發(fā)光下LED的發(fā)光特性和電特性，并在此基礎上研究了用于封裝過程中的LED缺陷檢測方法和針對LED晶片、晶圓或單個LED芯片的參數檢測方法。具體的研究內容如下：
　　 ①詳細闡述了LED的結構特征、工作原理及芯片制造和封裝工藝流程，介紹了LED從外延片、晶圓、分割的單

3、個LED芯片到最終LED成品的制造過程以及LED從電能量到光能量的轉換機理，指出了LED封裝完成前進行檢測的必要性。②研究了LED光-電和電-光轉換的物理過程，分析了兩種能量轉換特性之間的內在聯(lián)系。研究表明，LED的兩種轉換過程中光強對應電流的變化趨勢存在一致性，光-電轉換過程中激勵光強和光生電流的關系同樣也反映了電-光轉換過程中發(fā)光光強和注入電流的關系，這為LED在線檢測方法的研究提供了基礎。
　　 ③研究了基于p-n結光生伏

4、特效應的LED缺陷檢測方法。針對封裝過程中芯片本身及其封裝質量問題，根據LED電-光和光-電轉換特性之間的內在聯(lián)系，通過測量光照射LED芯片在焊接連接的引線支架中產生的光生短路電流，檢測芯片功能狀態(tài)及其封裝缺陷。分析了LED封裝缺陷的種類及缺陷產生的原因，指出焊接缺陷是影響LED封裝質量的主要因素，并分析了焊接缺陷對LED發(fā)光的影響。詳細分析了光生短路電流與LED功能狀態(tài)及封裝缺陷的關系，對各種不同尺寸不同顏色LED進行了實驗，表明影響

5、檢測信號的是LED材料、結構參數以及焊接缺陷引起的串聯(lián)電阻變化，這些正是與LED功能狀態(tài)和封裝缺陷有關的參數。研究表明，該方法可實現多種顏色LED芯片的非接觸在線缺陷檢測。
　　 ④分析了相同注入強度下LED光致發(fā)光和電致發(fā)光特性，重點研究了兩種不同注入方式下LED發(fā)光特性和電特性的差異。不同注入方式引起不同的熱效應，導致了相同注入強度下LED的光致發(fā)光和電致發(fā)光特性有差異。光注入形式下，由于有更多的因素導致熱能的增加，因此結溫

6、比同等注入強度下電致發(fā)光時LED的結溫高，使得光致發(fā)光光譜形狀與電致發(fā)光不同，發(fā)光強度較電致發(fā)光降低，峰值波長較電致發(fā)光紅移，半高寬較電致發(fā)光增大，LED兩端的電壓也比電注入形式下低。分析表明，以短時脈沖光激勵LED或者采用其他減少激勵光輻射能量積累的方式，使光致發(fā)光下p-n結的溫度接近于電致發(fā)光下p-n結的溫度，可以使相同注入強度時光致發(fā)光和電致發(fā)光下LED的發(fā)光特性和電特性趨于一致。
　　 ⑤根據相同注入強度下LED光致發(fā)光

7、和電致發(fā)光的內在聯(lián)系，以短時脈沖光照射LED產生光致發(fā)光或者采用其他減少激勵光輻射能量積累的方式，使光致發(fā)光下p-n結的溫度接近于電致發(fā)光下p-n結的溫度，此時光致發(fā)光特性能較好地反映電致發(fā)光下LED的發(fā)光特性和電特性，在此基礎上，研究了利用LED光致發(fā)光譜估計LED的光譜特性和電特性參數(包括正向電流、正向電壓、電流-電壓特性，反向飽和電流)的方法。研究表明，估計的參數與電致發(fā)光下實際測量的參數能較好地符合。
　　 最后，總結