CN101074980A - 一种led芯片的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED芯片的检测方法，特别是一种用于LED封装过程中LED芯片及其封装质量检测方法。它通过检测控制和信号采集处理单元(1)控制光源(2)发射激励光线(3)照射在形成回路的LED芯片(5)的受光面上，检测控制和信号采集处理单元(1)的检测探头(7)与形成回路的LED支架(6)的两支脚接触测量回路中的电流或利用磁场特性非接触测量回路中的电流，来实现LED芯片及其封装质量的检测。本发明可以对LED芯片的PN结功能状态以及封装过程中的电极引出连接工序质量进行检测。本发明也可以实现对LED芯片性能参数的检测。

Description

一种LED芯片的检测方法
技术领域
本发明涉及一种LED芯片的检测方法，特别是一种用于LED封装过程中LED芯片及其封装质量检测的方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，但是由于种种原因LED照明还不能普及化，其中价格昂贵是制约LED照明光源普及化的主要因素，而LED的封装是LED成品生产的主要成本源，只有保证封装后的成品率，才能降低LED器件产品的生产成本，这样LED封装及封装前的芯片检测就是LED批量生产的一项必要的工艺程序。
美国发明专利US006670820B2公开了一种用于半导体材料及器件电致发光特性检测的方法和仪器。其检测原理是在LED芯片的上下表面施加激发光，使PN结结构中的p区和n区中产生非平衡载流子；再在p区和n区之间施加一正向偏置的电压，形成牵引电场，吸引p区的空穴和n区的电子向中间的有源区运动，然后在有源区发射辐射复合，产生复合发光，所加偏置电压低于LED的导通门限，对非平衡载流子即电子-空穴对的产生影响较小，可以忽略；用光接收器件如光电二极管接收芯片有源区的复合发光，在结合激发光的强度和芯片的吸收系数，计算出光生载流子的浓度，结合有源区的复合发光量和实际光注入并到达有源区的载流子浓度，就可以定量分析出所测LED芯片的电致发光性能。该检测属于芯片级检测，并且需要直接接触芯片。
中国发明专利申请02123646.1公开了一种LED外延片电致发光无损检测方法。该发明中为进行电致发光检测，在外延片表面安置两个电极，其一为固定的负电极(接电源负极)，其二为正电极，将一高压恒流源加在两个电极之间，通过将正电极在表面上移动完成整个外延片发光质量的检测，得到外延片整片的电致发光质量。通过该方法还可以得到正向导通电压、反向漏电流等对于LED外延片而言非常重要的电学参数。另外，中国发明专利申请01112096.7公开了一种半导体基片品质评价的方法和装置。用一种激发光断续性地照射待测半导体基片表面，从而诱发半导体基片的光致发光，将基片的光致发光强度转变为电信号，再由接收及检测器件接收并检测。通过外延片的光致发光平均强度的变化得到光致发光的衰减时间常数，从而准确地评价半导体基片中的杂质和缺陷。这两个专利都是针对LED外延片进行的检测。
中国发明专利200510034935.2公开了一种发光二极管的自动化测试系统及方法。该测试装置可以测试封装完成的LED成品的电流电压的电性参数，闸流和光学参数。
中国实用新型专利02265834.3公开的发光二极管平均发光强度测试仪和中国发明专利02136269.6公开的发光二极管平均发光强度的测量装置则主要针对LED的发光光度进行测试。这几种检测技术都是针对LED成品进行检测。
可以看到，目前已有的LED检测方法及设备主要用于LED外延层检测，芯片级检测和成品检测。而对于LED芯片的检测，由于检测探针必须要接触芯片，不仅仅容易造成芯片的污染甚至损坏，还由于测试探针本身也成为易耗件，增加了生产成本，较难为LED大批量生产过程接受采用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不直接接触芯片的LED芯片检测方法。这种方法特别适用于LED封装过程中半成品的检测，它能在LED芯片完成整个封装过程前，不接触LED芯片本身而快速地检测LED芯片的功能状态和性能参数，以及封装过程中的电极引出的胶粘、焊接等工艺程序的质量。
大家明白，当光照射在LED的PN结上，能量大于禁带宽度的光子会激发本征吸收，在结的两边产生电子空穴对。由于PN结势垒区存在较强的内建电场，结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向对方区域方向运动。p区的电子向n区运动，n区的空穴向p区运动，降低了PN结的势垒，于是在PN结两端形成光生电动势，这是PN结的光生伏特效应。光生载流子的运动形成光生电流，光生电动势引起PN结势垒的降低产生正向电流。在PN结开路的情况下，光生电流和正向电流相等，PN结两端建立稳定的电势差，称为开路电压Voc。当PN结短路时，光生载流子在PN结及短路线形成的闭合回路中运动，形成短路电流。
大家知道，固定在LED支架上的LED芯片通过焊接线可连接形成一回路，本发明正是依据LED的光生伏特效应，通过测量此回路的光生短路电流来实现对LED芯片功能状态和性能参数以及封装过程中的电极引出连接工序质量的检测。
本发明是这样实现的：一种LED芯片的检测方法，其特征在于：它通过检测控制和信号采集处理单元控制光源发射激励光线照射在形成回路的LED芯片的受光面上，检测控制和信号采集处理单元的检测探头与形成回路的LED支架的两支脚接触测量回路中的电流或利用磁场特性测量回路中的电流，来实现LED芯片及其封装质量的检测。
上述检测控制和信号采集处理单元包括检测电路、模/数转换电路、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中检测电路的输出端与模/数转换电路的输入端相连，模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连，CPU的输出端分别与模/数转换电路、光源控制波形产生电路和显示器的输入端相连，光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。工作时，检测电路的检测探头与LED支架的两支脚接触，光源驱动电路控制光源产生激励光线(静态光或脉冲光或固定频率的交变光)照射在LED芯片的受光面上。
当然，上述检测控制和信号采集处理单元中可设置多组检测电路以及相应的多组检测探头，以实现同时检测多个LED芯片。上述检测控制和信号采集处理单元中也可设置多组检测电路以及多组磁场测量单元或非侵入式电流测量单元，以实现同时检测多个LED芯片。
上述检测控制和信号采集处理单元包括多组检测电路、多路开关电路、模/数转换电路、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中各组检测电路的输出端分别经多路开关电路与模/数转换电路的输入端相连，模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连，CPU的输出端分别与多路开关电路、模/数转换电路、光源控制波形产生电路、显示器的输入端相连，光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。
上述磁场测量单元为一磁传感器，非侵入式电流测量单元为微弱电流检测电路，将采集的磁场信号或感生电动势输入检测控制和信号采集处理单元。
上述激励光线为静态光或脉冲光或固定频率的交变光。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明可以对LED芯片的PN结功能状态以及封装过程中的电极引出连接工序质量进行检测。
当LED芯片PN结的阴极和阳极，通过胶粘、焊接和引出管脚支架连接导通，芯片中的PN结和引出管脚金属支架形成闭合回路。用波长等于或者小于被照射的LED的发射光波长的光照射在LED的PN结上，如果PN结功能正常，电极和管脚支架连接正常，就会在回路中产生电流。所以通过检测回路中电流的有无，可以检测PN结的功能，以及LED芯片电极与引出管脚的连接质量。
2、本发明可以不接触LED芯片实现对LED芯片性能参数的检测。
根据PN结的光生伏特效应，短路电流等于光生电流。而光生电流强度与光照强度，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关。光激发电子空穴对的产生率与光强和材料及其掺杂浓度有关。这些都是影响LED性能和功能的因素。所以通过测量回路中的电流强度及其响应特性，可以分析得到LED的性能参数。
若只用静态光照射，就不能得到光生电流响应的动态特性，所以它可以通过改变光照激励方式：用脉冲光照射或用交流光照射。由于PN结的势垒作用，光照瞬间光生载流子在势垒的作用下向结两端运动，这些运动到结对方的载流子，就会不断积蓄在空间电荷区，蓄积的过程使PN结表现为电容特性。另外，在PN结正常情况下，光生电流强度随光强线性变化，当PN结失效或性能退化，不再满足线性关系，因此测量交流光照射时的光生电流可以检测PN结的性能。
附图说明
图1是本发明实施例1接触式检测方法的原理框图；
图2是图1中检测控制和信号采集处理单元的原理框图；
图3是图2中检测电路的一种实施电路；
图4是图2中光源驱动电路的一种实施电路；
图5是图2中光源驱动电路的另一种实施电路；
图6是本发明实施例2接触式多个LED芯片同时进行检测的检测控制和信号采集处理单元的原理框图；
图7是本发明实施例3非接触式检测方法的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，但本发明并不仅限于此。
实施例1：参见图1，一种LED芯片的检测方法，固定在LED支架6上的LED芯片5通过焊接线4连接与支架形成一回路；其特征在于：在LED支架6的两支脚与检测控制和信号采集处理单元1的检测探头7相接触；所述检测控制和信号采集处理单元1控制光源2发射激励光线3(静态光或脉冲光或固定频率的交流光)照射在LED芯片5的受光面上，由检测控制和信号采集处理单元1测量回路中的电流。
参见图2，本例所采用的检测控制和信号采集处理单元包括检测电路、模/数转换电路(A/D)、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中检测电路的输出端与模/数转换电路的输入端相连；模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连；CPU的输出端分别与模/数转换电路、光源控制波形产生电路和显示器的输入端相连；光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。工作时，检测电路的检测探头与LED支架的两支脚接触，光源驱动电路控制光源产生激励光线(静态光或脉冲光或固定频率的交变光)照射在LED芯片的受光面上。
参见图3～5，本例中给出的具体的检测电路、两种光源驱动电路；当然上述检测控制和信号采集处理单元中的模/数转换电路、光源控制波形产生电路均可采用现有的常规电路。
上述检测控制和信号采集处理单元1控制光源2发射激励光线3照射在LED芯片5的受光面上，透射进LED芯片5的光会在LED的PN结内产生光生伏特效应，因此LED芯片5与LED支架6及焊接线4形成的回路中会有电流通过，检测控制和信号采集处理单元1通过检测探头7与LED支架6的引脚上相距一定长度的两点接触，测量回路中的电流。如果回路中无电流，表明LED芯片5的PN结功能可能失效，或者LED芯片5的电极和LED支架6或焊接线4没有连接导通；如果在光源激励下，回路电流不稳定，则表明LED芯片5与LED支架6或焊接线4的连接可能不稳定；如果电流稳定，检测控制和信号采集处理单元1则可用电流测量结果，根据光生电流和LED PN结参数之间的关系，对LED芯片的性能参数进行分析。
实施例2：一种LED芯片的检测方法，多个固定在对应的LED支架6上的LED芯片5通过焊接线4连接与支架分别形成回路；其特征在于：检测控制和信号采集处理单元1的有多组检测探头7，每一组探头和一个LED支架6的两支脚相接触；所述检测控制和信号采集处理单元1控制光源2发射激励光线3分别照射在多个LED芯片5的受光面上，由检测控制和信号采集处理单元1分别测量多个回路中的电流。
参见图6，本例中的上述检测控制和信号采集处理单元包括多组检测电路、多路开关电路、模/数转换电路(A/D)、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中各组检测电路的输出端分别经多路开关电路与模/数转换电路的输入端相连，模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连，CPU的输出端分别与多路开关电路、模/数转换电路、光源控制波形产生电路、显示器的输入端相连，光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。
本例可采用图3～5中给出的检测电路、光源驱动电路。
本例中的多路开关电路、模/数转换电路、光源控制波形产生电路可采用现有的常规相关电路。
实施例3：参见图7，一种LED芯片的检测方法，固定在LED支架6上的LED芯片5通过焊接线4连接与支架形成一回路；其特征在于：由检测控制和信号采集处理单元1控制光源2发射激励光线3照射在待测LED芯片5的受光面上；与所述检测控制和信号采集处理单元1相连的磁场测量单元或非侵入式电流测量单元8采用非接触方式测量该回路中的电流产生的磁场或感生电动势，并实现对回路电流的检测。
检测控制和信号采集处理单元1控制光源2发射激励光线3照射在LED芯片5的受光面上，透射进芯片5的光会在LED的PN结内产生光生伏特效应，因此LED芯片5与LED支架6及焊接线4形成的回路中会有电流通过。磁场测量单元或非侵入式电流测量单元8以非接触方式测量该回路中的电流产生的磁场或感生电动势，从而实现对回路电流的检测。
本例的磁场测量单元8为磁传感器，非侵入式电流测量单元8为微弱电流检测电路。
本例可采用图3～5中给出的检测电路、光源驱动电路。当然上述检测控制和信号采集处理单元中的模/数转换电路、光源控制波形产生电路均可采用现有的常规电路。

Claims (6)

1、一种LED芯片的检测方法，其特征在于：它通过检测控制和信号采集处理单元(1)控制光源(2)发射激励光线(3)照射在形成回路的LED芯片(5)的受光面上，检测控制和信号采集处理单元(1)的检测探头(7)与形成回路的LED支架(6)的两支脚接触测量回路中的电流或利用磁场特性测量回路中的电流，来实现LED芯片及其封装质量的检测。
2、如权利要求1所述的LED芯片的检测方法，其特征在于：所述检测控制和信号采集处理单元包括检测电路、模/数转换电路、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中检测电路的输出端与模/数转换电路的输入端相连；模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连；CPU的输出端分别与模/数转换电路、光源控制波形产生电路和显示器的输入端相连；光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。
3、如权利要求1所述的LED芯片的检测方法，其特征在于：所述检测控制和信号采集处理单元(1)中设置多组检测电路以及相应的多组检测探头(7)；所述检测控制和信号采集处理单元(1)中设置多组检测电路以及多组磁场测量单元或非侵入式电流测量单元(8)。
4、如权利要求3所述的LED芯片的检测方法，其特征在于：所述检测控制和信号采集处理单元(1)包括多组检测电路、多路开关电路、模/数转换电路、CPU、显示器、光源控制波形产生电路和光源驱动电路，其中各组检测电路的输出端分别经多路开关电路与模/数转换电路的输入端相连；模/数转换电路的输出端与CPU的输入端相连；CPU的输出端分别与多路开关电路、模数转换电路、光源控制波形产生电路、显示器的输入端相连；光源控制波形产生电路的输出端与光源驱动电路的输入端相连。
5、如权利要求3所述的LED芯片的检测方法，其特征在于：所述磁场测量单元(8)为磁传感器；非侵入式电流测量单元(8)为微弱电流检测电路。
6、如权利要求1所述的LED芯片的检测方法，其特征在于：所述激励光线(3)为静态光或脉冲光或固定频率的交变光。
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