LED芯片/器件封装缺陷的非接触检测技术(2)

3、非接触检测的基本原理

3.1  LED芯片的光伏特性

发光二极管LED芯片的核心是掺杂的PN结，当给它施加正向工作电压VD时，驱使价带中的空穴穿过PN结进入N型区、同时驱动导带中的电子越过PN结进入P型区，在结的附近多余的载流子会发生复合，在复合过程中发光、从而把电能转换为光能。其在电流驱动条件下发光的性质是由PN的掺杂特性决定，而光电二极管PD的光电特性的也是由PN的掺杂特性决定的，因此LED与PD在本质上有相近之处，这样当光束照射到开路的LED芯片上时，会在LED芯片的PN结两端分别产生光生载流子电子、空穴的堆积，形成光生电压VL。若将此LED芯片的外电路短路，则其PN结两端的光生载流子会定向流动形成光生电流IL：[4][5]

 

式中：A为芯片的PN结面积，q是电子电量，w是PN结的势垒区宽度，Ln、Lp 分别为电子、空穴的扩散长度，β是量子产额（即每吸收一个光子产生的电子-空穴对数）， P是照射到PN结上的平均光强度(即单位时间内单位面积被半导体材料吸收的光子数)。它们分别为：

 

其中，μn、μp分别为电子、空穴迁移率（与材料本身、掺杂浓度以及温度有关），KB为玻尔兹曼常数，T为开氏温度，τn、τp分别为电子、空穴载流子寿命（与材料本身及温度有关），α为半导体PN结材料本身、掺杂浓度以及激励光的波长有关的材料吸收系数，d是PN结的厚度，P(x)是在PN结内位置x处的激励光强度。

考察式（1）~（3）可知，LED芯片的光伏特性与其PN结的结构参数、材料参数相关，而这些参数正好是决定LED发光特性的关键参数，因此如果一只LED芯片的发光特性好、则其光伏特性也好，反之亦然。因此可以利用LED芯片发光特性与光伏特性之间的这种内在联系，通过测试其光伏特性来间接检验其发光特性，判断LED芯片质量的优劣，实现其封装质量的非接触检测。

3.2  LED光伏特性的等效电路

对于支架式封装的LED而言，在封装过程中是将一组连筋的支架装夹在封装机上，然后将芯片与支架封装在一起，构成图1所示的支架封装结构。由图1（b）、（c）可以看出，LED的支架、支架连筋、引线、银胶与LED芯片一起，构成了一个完整的外电路短接通道，正符合光伏效应的工作要求。而对于LED封装质量的常规检测方法而言，这种工作条件是完全无法开展检测的。

由于实际的LED并不是一个单纯的理想PN结，它不仅包含PN结的内阻、并联电阻及串联电阻，还包含支架、支架连筋、引线、银胶，因此PN结在外界光照下产生的光生伏特效应形成的光生电流IL并不完全等于流过支架的光生电流IL1。因此支架上流过的电流是LED光电参数的综合反映。

 

若将引线支架的内阻RL看作是光照时LED的负载、PN结光生伏特效应产生的光生电流IL看作为一个恒流源，则光照时LED的等效电路如图2所示。即工作于光生伏特效应下的LED由可等效为一个理想电流源IL、一个理想二极管D、以及相应的等效串、并联电阻Rsh、Rs。其中等效并联电阻Rsh包括PN结内的漏电阻以及结边缘的漏电阻，而等效串联电阻Rs包括P区和N区的体电阻Rs1、电极的电阻以及电极和结之间的接触电阻Rs2，且(责任编辑：admin)