3 　實(shí)驗(yàn)

　　3.1　實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)選用的激勵(lì)光源為一種藍(lán)色芯片黃色熒光粉的大功率白光LED，激勵(lì)光經(jīng)過透鏡匯聚以增強(qiáng)照射在芯片表面的光強(qiáng)，為了便于觀察，激勵(lì)光源采用脈沖輸出方式，脈沖持續(xù)時(shí)間為5 ms。檢測的樣品包括紅色、黃色及綠色LED，所有芯片尺寸一致，為12 mil12 mil。由于支架上流過的光生電流非常小，測睦的電流，經(jīng)調(diào)理電路后得到最終的檢測電壓信號。為了便于比較，實(shí)驗(yàn)測量了流過支架的電流為1μA時(shí)最后獲得的檢測電壓信號的幅值約為13 mV。所有實(shí)驗(yàn)都是在相同的照射條件及測量條件下實(shí)現(xiàn)的。

　　3.2　結(jié)果討論

　　實(shí)驗(yàn)首先測量了不同顏色LED的檢測信號，如圖2所示。

　　圖2中橫坐標(biāo)表示檢測時(shí)間，縱坐標(biāo)表示經(jīng)調(diào)理電路處理后的檢測電壓信號幅值。由圖2可以看出。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對于不同顏色的LED，最后獲得的檢測信號的幅值是不同的。根據(jù)2.1節(jié)的分析，這與LED材料和器件結(jié)構(gòu)參數(shù)都有關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中選用的芯片的尺寸相同，因此不考慮pn結(jié)的結(jié)面積A的影響，而Ln、Lp>>ω，，勢壘寬度的影響也可以忽略，則影響檢測結(jié)果的主要參數(shù)是pn結(jié)的厚度d、電子、空穴的擴(kuò)散長度Ln、Lp以及材料的吸收系數(shù)α。由于pn結(jié)本身的尺寸很小，不同LED的厚度α及擴(kuò)散長度Ln、Lp不會(huì)差異很大，而吸收系數(shù)α?xí)驗(yàn)椴牧稀诫s濃度以及入射光的波長的不同有幾倍甚至幾個(gè)數(shù)量級的差異，因此本文認(rèn)為，這是造成這里檢測結(jié)果不同的主要原因。圖2中，紅色LED的檢測幅值最大，黃色次之，綠色最小，這是因?yàn)椋瑢?shí)驗(yàn)中選用的激勵(lì)光源是藍(lán)色芯片黃色熒光粉的白光LED，紅色LED的波長最長，能吸收激勵(lì)光源中的幾乎所有波長成分，黃色LED只能吸收藍(lán)光成分及部分黃光成分，而綠色LED，由于其波長小于激勵(lì)光源中的黃光成分，吸收的光子數(shù)最少，因此產(chǎn)生的光生電流最小，最終的檢測電壓值也越小，這與2.1節(jié)中理論分析結(jié)果的第1)條是一致的。

　　圖3表示同種材料同種類型，功能完好且連接狀態(tài)良好的紅色LED i個(gè)不同樣品的檢測結(jié)果隨激勵(lì)光強(qiáng)度變化的情況。三個(gè)樣品是從引線支架連接在一起的20個(gè)LED巾隨機(jī)抽取的。為了便于觀察，檢測的電壓信號幅值已換算成光激勵(lì)pn結(jié)時(shí)產(chǎn)生的光生電流IL。

　　由圖3可知。三個(gè)樣品在相同的光照下產(chǎn)生的光生電流是很接近的，并且光生電流IL與光照強(qiáng)度P0成正比，幾個(gè)樣品之間的固定誤差可能是因?yàn)楣庹瘴恢玫奈⑿∑钤斐傻摹．?dāng)激勵(lì)光功率為2 mW時(shí)，產(chǎn)生的光生電流大約為96μA，這比理論計(jì)算值小5μA，這是因?yàn)槔碚撚?jì)算時(shí)未考慮LED串聯(lián)電阻的影響，兇此可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)與2.1節(jié)中理論分析結(jié)果第2)條和第3)是符合的。

　　在圖l所示的等效電路中，Rs2也與負(fù)載RL是串聯(lián)的，由于電極的電阻以及電極和結(jié)之間的接觸電阻Rs2很難直接測量，因此實(shí)驗(yàn)中通過串聯(lián)不同的負(fù)載電阻RL，來模擬接觸電阻Rs對檢測結(jié)果造成的影響。在激勵(lì)光功率為2 mw時(shí)(此時(shí)產(chǎn)生的光生電流IL約為96μA)，得到圖3中樣品1l流過負(fù)載的電流I與負(fù)載電阻RL的變化關(guān)系。如圖4所示。

　　由圖4可知，隨著外加負(fù)載RL的增大，流過負(fù)載的電流越來越小，尤其從圖4(b)可以看出，當(dāng)外加負(fù)載為0時(shí)，負(fù)載電流為96μA，而當(dāng)負(fù)載電阻變化到0.4Ω，負(fù)載電流下降到7lμA，下降率達(dá)26%，由于串聯(lián)電阻Rs的值無法準(zhǔn)確估計(jì)，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2.2結(jié)中理論計(jì)算的值有差異。實(shí)驗(yàn)與理論都表明，接觸電阻Rs的微小變化會(huì)使支架上流過的電流I產(chǎn)生很大的改變。對于功能完好的LED芯片，通過測肇支架上流過的光生電流I可以計(jì)算得到I,ED的串聯(lián)電阻Rs,若串聯(lián)電阻值無窮大，則芯片與電極之間可能出現(xiàn)了脫膠、漏焊或者焊絲斷裂問題，若串聯(lián)電阻與正常連接狀態(tài)下的串聯(lián)電阻有大的差異，則芯片與電極之間可能出現(xiàn)其它的焊接問題，如虛焊，重復(fù)焊接等。因此，通過分析支架上流過的光生電流值，可以檢測LED封裝過程中芯片與引線支架之間的電氣連接狀態(tài)。

　　4 結(jié)論

　　針對LED封裝過程巾急需解決的產(chǎn)品質(zhì)量檢測問題，基于pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)，研究了一種非接觸式的LED芯片在線檢測方法。通過測量pn結(jié)光生伏特效應(yīng)在引線支架中產(chǎn)生的光生電流，檢測LED封裝過程中芯片質(zhì)量及芯片與支架之問的連接狀態(tài)，并進(jìn)一步分析了pn結(jié)光生伏特效應(yīng)的等效電路，詳細(xì)論述了半導(dǎo)體材料的各種參數(shù)及等效電路中各電參數(shù)與支架上流過的光生電流的關(guān)系，以及這些參數(shù)對檢測結(jié)果造成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對不同顏色的LED，在相同的激勵(lì)條件下，由于LED材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同，測量的光生電流值有很大差異。而對于相同顏色同種類型的不同LED，由于芯片本身質(zhì)量或者其電氣連接狀態(tài)的影響，也存在一定的差異，根據(jù)這種差異就可以分析LED封裝過程中芯片質(zhì)量及芯片與支架之間的電氣連接狀態(tài)。研究表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)LED芯片的在線檢測，有較大的應(yīng)用價(jià)值。

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　　作者簡介

　　李戀，2003年于重慶大學(xué)獲得學(xué)十學(xué)位，2005年至今在重慶大學(xué)攻讀博士學(xué)位，主要研究方向是半導(dǎo)體檢測。

　　李平。現(xiàn)為重慶大學(xué)光電T程教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閭鞲屑夹g(shù)、能量采集和半導(dǎo)體照明等。

采用光生伏特效應(yīng)的LED芯片在檢測方法上的研究(上)