LED 芯片封裝缺陷檢測方法及機理研究

　　LED(Light-emitting diode)由于壽命長(cháng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應用于指示、顯示等領(lǐng)域?？煽啃?、穩定性及高出光率是LED取代現有照明光源必須考慮的因素。封裝工藝是影響LED功能作用的主要因素之一，封裝工藝關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。由于封裝工藝本身的原因，導致LED封裝過(guò)程中存在諸多缺陷(如重復焊接、芯片電極氧化等)，統計數據顯示[1。2]：焊接系統的失效占整個(gè)半導體失效模式的比例是25％～30％，在國內[33，由于受到設備和產(chǎn)量的雙重限制，多數生產(chǎn)廠(chǎng)家采用人工焊接的方法，焊接系統不合格占不合格總數的40％以上。從使用角度分析，LED封裝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，雖然使用初期并不影響其光電性能，但在以后的使用過(guò)程中會(huì )逐漸暴露出來(lái)并導致器件失效。在LED的某些應用領(lǐng)域，如高精密航天器材，其潛在的缺陷比那些立即出現致命性失效的缺陷危害更大。因此，如何在封裝過(guò)程中實(shí)現對LED芯片的檢測、阻斷存在缺陷的LED進(jìn)入后序封裝工序，從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、避免使用存在缺陷的LED造成重大損失就成為L(cháng)ED封裝行業(yè)急需解決的難題。

　　目前，LED產(chǎn)業(yè)的檢測技術(shù)主要集中于封裝前晶片級的檢測[“]及封裝完成后的成品級檢測睜7I，而國內針對封裝過(guò)程中LED的檢測技術(shù)尚不成熟。本文在LED芯片非接觸檢測方法的基礎上睜9J，在LED引腳式封裝過(guò)程中，利用p-n結光生伏特效應，分析了封裝缺陷對光照射LED芯片在引線(xiàn)支架中產(chǎn)生的回路光電流的影響，采用電磁感應定律測量該回路光電流，實(shí)現LED封裝過(guò)程中芯片質(zhì)量及封裝缺陷的檢測。

　　1理論分析

　　1．1 p-n結的光生伏特效應[m]根據p-n結光生伏特效應，光生電流IL表示為：

　　式中，A為p-n結面積，q是電子電量，Ln、Lp分別為電子和空穴的擴散長(cháng)度，J表示以光子數計算的平均光強，α為p-n結材料的吸收系數，β是量子產(chǎn)額，即每吸收一個(gè)光子產(chǎn)生的電子一空穴對數。

　　在LED引腳式封裝過(guò)程中，每個(gè)LED芯片是被固定在引線(xiàn)支架上的，LED芯片通過(guò)壓焊金絲(鋁絲)與引線(xiàn)支架形成了閉合回路，如圖1。若忽略引線(xiàn)支架電阻，LED支架回路光電流等于芯片光生電流IL?？梢?jiàn)，當p-n結材料和摻雜濃度一定時(shí)，支架回路光電流與光照強度I成正比。

　　1．2封裝缺陷機理

　　LED芯片受到腐蝕因素影響或沾染油污時(shí)，在芯片電極表面生成一層非金屬膜，產(chǎn)生封裝缺陷[11]。電極表面存在非金屬膜層的LED芯片壓焊工序后，焊接處形成金屬一介質(zhì)-金屬結構，也稱(chēng)為隧道結。當一定強度的光照射在LED芯片上，若LED芯片失效，支架回路無(wú)光電流流過(guò)若非金屬膜層足夠厚，只有極少數電子可以隧穿膜層勢壘，LED支架回路也無(wú)光電流流過(guò)；若非金屬膜層較薄，由于LED芯片光生電流在隧道結兩側形成電場(chǎng)，電子主要以場(chǎng)致發(fā)射的方式隧穿膜層，流過(guò)單位面積膜層的電流可表示為[12]。

　　其中q為電子電量，m為電子質(zhì)量，矗為普朗克常數，vx、vy、vz分別是電子在x、y、z方向的隧穿速度，T(x)為電子的隧穿概率。又任意勢壘的電子隧穿概率可表示為[13]

　　其中jin、jout。分別是進(jìn)入膜層和穿過(guò)膜層的電流密度，，x指向為芯片電極表面到壓焊點(diǎn)，為膜層中z方向任意點(diǎn)的勢壘，E是垂直芯片電極表面速度為vx電子的能量。