LED芯片/器件封装缺陷的非接触检测技术(4)

4.2 系统验证实验

利用图3所示原理系统，搭建了试验平台，对数组支架式LED封装产品进行了原理验证实验。实验条件是支架式LED封装环氧封装脱模后、但尚未切断连筋的成品组。主要实验有系统检测效果的综合定性实验、芯片固晶错位对LED输出光生电流影响的模拟实验、引线焊接质量对LED输出光生电流的模拟影响实验等[4][5]。

4.2.1 不同芯片LED的对比实验

图4是不同芯片LED的对比实验效果。其中图4（a）、（b）、（c）分别是三只不同芯片LED在同等条件下的对比实验，图4（d）则是没有LED的输出结果（相当于纯粹环境噪声的结果）。从图4 可看出，不同芯片的差异得到了充分的体现；而且从表1可看出，30次实验重复结果有极好的一致性。另外从图4还可以看出，每只LED的检测时间仅5毫秒，如果按1：1的信号占空比计算，则在不考虑机械运动与惯性的条件下，纯粹从电气处理的角度看，此方法可以达到100只/秒的检测速度。

 

4.2.2   LED芯片固晶错位影响的模拟实验

当固晶位置有偏差时，芯片将偏离环氧透镜球心位置，这时入射的激光束经透镜后将产生偏折而不能全部聚焦到芯片上，导致芯片接受到得总光强P变弱。由式（7）可以看出，入射光强P的变化将引起IL1的线性变化。因此系统输出的信号强度，也能反映固晶的质量。为此通过调整照射LED的激光光源强度，来模拟固晶偏差，其实验结果如图5所示，与（7）式完全吻合。

 

4.2.3 引线焊接质量影响的模拟实验结果

在图2所示的等效电路中，Rs2与负载RL是串联的，由于电极的电阻以及电极和结之间的接触电阻Rs2很难直接测量，因此实验中通过串联不同的负载电阻RL来模拟接触电阻Rs 对检测结果造成的影响，其试验结果如图6所示。由图6可知，随着外加负载RL的增大，流过负载的电流越来越小。实验与理论都表明，接触电阻Rs的微小变化会使支架上流过的电流IL1产生很大的改变。对于功能完好的LED芯片，通过测量支架上流过的光生电流IL1可以计算得到LED的串联电阻Rs。若串联电阻值无穷大，则芯片与电极之间可能出现了银胶脱胶、漏焊或者焊丝断裂问题，若串联电阻与正常连接状态下的串联电阻有大的差异，则芯片与电极之间可能出现了其它的焊接问题，如虚焊、重复焊接等。因此，通过分析支架上流过的光生电流值，可以检测LED封装过程中芯片与引线支架之间的电气连接状态。

 

5、结论

由于我国 LED封装产量十分巨大，因此在大批量封装生产线上对LED的封装质量进行实时在线检测，能够替代有效改善目前大批量的封装生产企业采用的人工肉眼检查落后现状、有效降低次品/废品率。为此，充分利用LED具有与PD类似的光伏效应的特点、以及所建立的LED芯片/器件封装质量与光电流之间的关系，搭建了LED封装质量非接触检测实验平台，并通过模拟实验证明了芯片差异、固晶质量、焊接质量的影响都可以通过检测仪输出信号的特征体现出来，而且检测的离散度小于10-6，检测速度可达100只/秒。在此基础上，还开发出了图7所示实际检测样机[7]，并正在进行实际检测样机与封装生产线的系统集成，以及LED参数的进一步的量化研究。