CN109494165A - 一种led芯片封装在线检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供LED芯片封装在线检测系统，利用中央处理装置、交变激励信号发生器、激励光源、透镜装置、待测LED芯片、电流传感器、信号调理电路、比较电路、显示装置、存储装置以及报警装置，基于p‑n结的光生伏特效应，通过测量光照射LED芯片时产生的短路光生电流，检测压焊工艺中/后LED芯片的功能状态以及芯片与引线支架的电气连接情况，即焊线质量，实现了封装工艺过程芯片质量及LED半成品的非接触检测，其中，显示装置为液晶显示器，报警装置为声光报警装置，中央处理装置为单片机。

Description

一种LED芯片封装在线检测系统
技术领域
本发明涉及芯片封装领域，尤其涉及一种LED芯片封装在线检测系统。
背景技术
发光二极管（LED）以其体积小、耗电省、寿命长、绿色环保等特点，在指示灯、显示屏、景观照明灯领域得到广泛应用，由于封装过程中LED芯片的功能状态及压焊工艺后焊接引线的质量决定了LED产品质量，所以实现LED芯片的封装在线检测十分重要。
目前，针对LED芯片的检测主要集中在封装前的圆片（晶片）检测阶段，分为接触式和非接触式两类，接触式检测方法主要包括四探针法、Van der Pauw法和OBIC（OpticalBeam Induced Current）法，四探针法将探针直接接触LED晶片的两极并注入电流，通过获得样品的电压电流关系测量样品的功能及半导体材料的电阻率、迁移率、少子寿命等参数，与四探针法相比，Van der Pauw法可以用来测量更小的测试区域，OBIC法基于p-n结的光电效应，利用外加不同偏置电压时光激励p-n结产生的光生电流或光生电压的变化规律来检测半导体器件的功能及工作状态，以上接触式检测方法要求检测探针与被测样品直接物理接触，探针损耗大，且容易划伤或污损被测样品表面，不适用于大批量LED在线检测，激光SQUID法通过观察并测量光电流产生的磁场分布来实现p-n结的非接触检测，该方法不接触待测芯片且检测灵敏度高，但是，激光SQUID法需要在较低的环境温度下进行芯片检测，因此对检测环境要求高，仪器系统复杂，检测成本高，且磁场的变化特征不易观察，不适用于快速检测。
因此，目前还没有适合与对封装过程中的LED芯片及其焊接引线质量进行检测的系统。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供LED芯片封装在线检测系统，利用中央处理装置、交变激励信号发生器、激励光源、透镜装置、待测LED芯片、电流传感器、信号调理电路、比较电路、显示装置、存储装置以及报警装置，基于p-n结的光生伏特效应，通过测量光照射LED芯片时产生的短路光生电流，检测压焊工艺中/后LED芯片的功能状态以及芯片与引线支架的电气连接情况，即焊线质量，实现了封装工艺过程芯片质量及LED半成品的非接触检测。
根据本发明的一LED芯片封装在线检测系统，LED芯片封装在线检测系统包括中央处理装置、交变激励信号发生器、激励光源、透镜装置、待测LED芯片、电流传感器、信号调理电路、比较电路、显示装置、存储装置以及报警装置；
其中，中央处理装置的输出端与交变激励信号发生器的输入端连接，交变激励信号发生器的输出端与激励光源的输入端连接，激励光源发送光信号至透镜装置，透镜装置将上述光信号传输至待测LED芯片，电流传感器用于采集待测LED芯片的电流信号，电流传感器的信号输出端与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路的信号输出端分别与比较电路的输入端以及中央处理装置的输入端连接，显示装置的输入端、存储装置的输入端以及报警装置的输入端分别与中央处理装置的输出端连接。
待测LED芯片被透镜装置传输的光照射后产生电流信号，使用电流传感器感测电流信号，并将电流信号传输至信号调理电路，信号调理电路包括信号采集单元和信号处理单元，电流传感器的输出端与信号采集单元的输入端连接，信号采集单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端与比较电路的输入端和中央处理装置的ADC端口连接。
优选的，信号采集单元包括电阻R1和滤波电容C1，其中，电流传感器的输出端连接到电阻R1的两端，电阻R1的两端与滤波电容C1的两端连接，电阻R1与滤波电容C1相连接的一端引出作为所述信号采集单元的输出端，电阻R1与滤波电容C1相连接的另一端接地。
优选的，经过信号处理单元处理后的电压信号为V1，信号处理单元包括电阻R2-R11、电容C2-C4、以及集成运放A1-A2；
其中，信号采集单元的输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R4的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电容C2的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端也与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电容C3的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R8的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R10和电容C4并联后的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的一端还与集成运放A2的输出端连接，电阻R11的另一端与比较电路的输入端和中央处理装置的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至比较电路的输入端和中央处理装置的ADC端口。
优选的，显示装置为液晶显示器。
优选的，报警装置为声光报警装置。
优选的，中央处理装置为单片机。
优选的，比较电路包括LM324比较器。
优选的，电流传感器包括一感应线圈。
优选的，所述激励光源为白光LED。
优选的，LED芯片封装在线检测系统还包括一电源，电源为LED芯片封装在线检测系统提供运行所需电源。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供LED芯片封装在线检测系统，利用中央处理装置、交变激励信号发生器、激励光源、透镜装置、待测LED芯片、电流传感器、信号调理电路、比较电路、显示装置、存储装置以及报警装置，基于p-n结的光生伏特效应，通过测量光照射LED芯片时产生的短路光生电流，检测压焊工艺中/后LED芯片的功能状态以及芯片与引线支架的电气连接情况，即焊线质量，实现了封装工艺过程芯片质量及LED半成品的非接触检测。
附图说明
图1为本发明的LED芯片封装在线检测系统的示意图。
图2为本发明的信号调理电路的电路图。
附图标记：
1-中央处理装置；2-交变激励信号发生器；3-激励光源；4-透镜装置；5-待测LED芯片；6-电流传感器；7-信号调理电路；8-比较电路；9-显示装置；10-存储装置；11-报警装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的LED芯片封装在线检测系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的LED芯片封装在线检测系统包括中央处理装置（1）、交变激励信号发生器（2）、激励光源（3）、透镜装置（4）、待测LED芯片（5）、电流传感器（6）、信号调理电路（7）、比较电路（8）、显示装置（9）、存储装置（10）以及报警装置（11）；
其中，中央处理装置（1）的输出端与交变激励信号发生器（2）的输入端连接，交变激励信号发生器（2）的输出端与激励光源（3）的输入端连接，激励光源（3）发送光信号至透镜装置（4），透镜装置（4）将上述光信号传输至待测LED芯片（5），电流传感器（6）用于采集待测LED芯片（5）的电流信号，电流传感器（6）的信号输出端与信号调理电路（7）的信号输入端连接，信号调理电路（7）的信号输出端分别与比较电路（8）的输入端以及中央处理装置（1）的输入端连接，显示装置（9）的输入端、存储装置（10）的输入端以及报警装置（11）的输入端分别与中央处理装置（1）的输出端连接。
待测LED芯片（5）被所述透镜装置（4）传输的光照射后产生电流信号，使用电流传感器（6）感测电流信号，并将电流信号传输至信号调理电路（7），信号调理电路（7）包括信号采集单元和信号处理单元，电流传感器（6）的输出端与信号采集单元的输入端连接，信号采集单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端与比较电路（8）的输入端和中央处理装置（1）的ADC端口连接。
信号采集单元包括电阻R1和滤波电容C1，其中，电流传感器（6）的输出端连接到电阻R1的两端，电阻R1的两端与滤波电容C1的两端连接，电阻R1与滤波电容C1相连接的一端引出作为所述信号采集单元的输出端，电阻R1与滤波电容C1相连接的另一端接地。
经过信号处理单元处理后的电压信号为V1，信号处理单元包括电阻R2-R11、电容C2-C4、以及集成运放A1-A2；
其中，信号采集单元的输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R4的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电容C2的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端也与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电容C3的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R8的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R10和电容C4并联后的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的一端还与集成运放A2的输出端连接，电阻R11的另一端与比较电路（8）的输入端和中央处理装置（1）的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至比较电路（8）的输入端和中央处理装置（1）的ADC端口。
上述实施方式中，电阻R1的阻值为1KΩ，电阻R2的阻值为10KΩ，电阻R3的阻值为15KΩ，电阻R4的阻值为4KΩ，电阻R5的阻值为6KΩ，电阻R6的阻值为10KΩ，电阻R7的阻值为15KΩ，电阻R8的阻值为17KΩ，电阻R9的阻值为4.7KΩ，电阻R10的阻值为1KΩ，电阻R11的阻值为10KΩ，电容C1的电容值为1μF，电容C2的电容值为0.1μF，电容C3的电容值为0.1μF，电容C4的电容值为200pF。
信号采集单元使用单电源供电，减少了供电电源，且不增加信号采集电路的复杂性，电路结构简洁，容易实现，节约成本，而且实现了对电流传感器（6）输出电流的双向采集，量程宽，精度高。
电流信号I0经过电阻R1后转换为可测量的电压信号，经过电容C1滤波后进入信号处理单元的输入端，其中，电阻R1是电流传感器（6）的匹配电阻。
信号处理单元通过电阻R2-R6以及集成运放A1对电流传感器（6）输出的信号进行放大处理，然后再使用电阻R7-R11、电容C2-C4以及集成运放A2对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了电流检测的精度。
引脚式封装的LED在压焊工艺后，待测LED芯片（5）的p电极和n电极通过金属焊线和引线架构成闭合回路，固定于引线架上的待测LED芯片（5）通过压焊金丝（例如铝丝）与引线支架形成闭合回路。
当能量大于待测LED芯片（5）p-n结禁带宽度的光照射待测LED芯片（5）时，检测待测LED芯片（5）所在闭合回路的电流情况，可对待测LED芯片（5）的功能及焊线质量进行判断。
具体地，中央处理装置（1）通过交变激励信号发生器（2）产生激励光源的交变驱动信号，交变激励信号发生器（2）将交变驱动信号传输至激励光源（3），实现激励光源（3）的时序点亮，激励光源（3）将产生的光信号传输至透镜装置（4），透镜装置（4）将光照射在待测LED芯片（5）上，待测LED芯片（5）被光照射后产生电流信号，使用电流传感器（6）感测上述电流信号，电流传感器（6）将输出信号传输至信号调理电路（7），信号调理电路（7）对电流传感器（6）的输出信号进行信号处理后传输至比较电路（8），比较电路（8）将信号调理电路（7）的输出信号与基准信号进行比较，若信号调理电路（7）的输出信号大于基准信号，则中央处理装置（1）控制显示装置（9）显示信号调理电路（7）的输出信号，中央处理装置（1）控制存储装置（10）对信号调理电路（7）的输出信号进行存储，与此同时，中央处理装置（1）控制报警装置（11）发送报警信息；若信号调理电路（7）的输出信号小于基准信号，则则中央处理装置（1）控制显示装置（9）显示信号调理电路（7）的输出信号，与此同时，中央处理装置（1）控制存储装置（10）对信号调理电路（7）的输出信号进行存储。
具体地，显示装置（9）为液晶显示器。
具体地，报警装置（11）为声光报警装置。
具体地，中央处理装置（1）为单片机。
具体地，比较电路（8）包括LM324比较器。
具体地，电流传感器（6）包括一感应线圈。
具体地，激励光源（3）为白光LED。
具体地，LED芯片封装在线检测系统还包括一电源，电源为LED芯片封装在线检测系统提供运行所需电源。
本发明提供LED芯片封装在线检测系统，根据p-n结的光生伏特效应，采用交变光源照射待测LED芯片（5），在封装的短路支架上激励出光生短路电流，通过对该微弱电流信号的测量，判断引脚式封装的LED芯片在压焊工艺中/后的功能状态及焊线质量，实现对待测LED芯片（5）的非接触式检测。
本发明提供LED芯片封装在线检测系统，构建了以中央处理装置（1）为控制核心的测试系统，采取了提高系统检测准确性和检测效率的措施，实现了对待测LED芯片（5）封装的在线检测。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，LED芯片封装在线检测系统包括中央处理装置（1）、交变激励信号发生器（2）、激励光源（3）、透镜装置（4）、待测LED芯片（5）、电流传感器（6）、信号调理电路（7）、比较电路（8）、显示装置（9）、存储装置（10）以及报警装置（11）；
其中，所述中央处理装置（1）的输出端与所述交变激励信号发生器（2）的输入端连接，所述交变激励信号发生器（2）的输出端与所述激励光源（3）的输入端连接，所述激励光源（3）发送光信号至所述透镜装置（4），所述透镜装置（4）将上述光信号传输至所述待测LED芯片（5），所述电流传感器（6）用于采集待测LED芯片（5）的电流信号，所述电流传感器（6）的信号输出端与所述信号调理电路（7）的信号输入端连接，所述信号调理电路（7）的信号输出端分别与所述比较电路（8）的输入端以及所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述显示装置（9）的输入端、所述存储装置（10）的输入端以及所述报警装置（11）的输入端分别与所述中央处理装置（1）的输出端连接；
所述待测LED芯片（5）被所述透镜装置（4）传输的光照射后产生电流信号，使用所述电流传感器（6）感测电流信号，并将电流信号传输至所述信号调理电路（7），所述信号调理电路（7）包括信号采集单元和信号处理单元，所述电流传感器（6）的输出端与所述信号采集单元的输入端连接，所述信号采集单元的输出端与所述信号处理单元的输入端连接，所述信号处理单元的输出端与所述比较电路（8）的输入端和所述中央处理装置（1）的ADC端口连接。
2.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括电阻R1和滤波电容C1，其中，所述电流传感器（6）的输出端连接到电阻R1的两端，电阻R1的两端与滤波电容C1的两端连接，电阻R1与滤波电容C1相连接的一端引出作为所述信号采集单元的输出端，电阻R1与滤波电容C1相连接的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，经过所述信号处理单元处理后的电压信号为V1，所述信号处理单元包括电阻R2-R11、电容C2-C4、以及集成运放A1-A2；
其中，所述信号采集单元的输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R4的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电容C2的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端也与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电容C3的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R8的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R10和电容C4并联后的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R10和电容C4并联后的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的一端还与集成运放A2的输出端连接，电阻R11的另一端与所述比较电路（8）的输入端和所述中央处理装置（1）的ADC端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至所述比较电路（8）的输入端和所述中央处理装置（1）的ADC端口。
4.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述显示装置（9）为液晶显示器。
5.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述报警装置（11）为声光报警装置。
6.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述中央处理装置（1）为单片机。
7.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述比较电路（8）包括LM324比较器。
8.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述电流传感器（6）包括一感应线圈。
9.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述激励光源（3）为白光LED。
10.根据权利要求1所述的LED芯片封装在线检测系统，其特征在于，所述LED芯片封装在线检测系统还包括一电源，所述电源为所述LED芯片封装在线检测系统提供运行所需电源。
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