LED封裝的工藝過程　　LED封裝的任務是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。而LED的封裝形式是五花八門，主要根據不同的應用場合采用相應的外形尺寸。而支架式全環氧包封是目前用量最大、產量最高的形式，因此也應該是LED封裝產品質量在線檢測的重點突破對象。　　支架式全環氧包封的主要工序是[4]，首先對LED芯片進行鏡檢、擴片，并在一組連筋的支架排中每個LED支架的反光碗中心處以及芯片的背電極處點上銀膠（即點膠、備膠工藝），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起安置在支架的反光碗中心處，并通過燒結將芯片的背電極與支架固結在一起（即固晶工藝）；通過壓焊將電極引線引到LED芯片上，完成產品內外引線的連接工作（即壓焊工藝）；將光學環氧膠真空除泡后灌注入LED成型模內、然后將支架整體壓入LED成型模內（即灌膠工藝），對環氧膠進行高溫固化、退火降溫，固化之后脫模（即固化工藝），最后切斷LED支架的連筋(圖1所示)，最后進行分檢、包裝。　　2.2 LED封裝工藝的特點分析　　從LED的封裝工藝過程看，在芯片的擴片、備膠、點晶環節，有可能對芯片造成損傷，對LED的所有光、電特性產生影響；而在支架的固晶、壓焊過程中，則有可能產生芯片錯位、內電極接觸不良，或者外電極引線虛焊或焊接應力，芯片錯位影響輸出光場的分布及效率，而內外電極的接觸不良或虛焊則會增大LED的接觸電阻；在灌膠、環氧固化工藝中，則可能產生氣泡、熱應力，對LED的輸出光效產生影響。　　因此可知，LED芯片與封裝工藝皆會對其光、電特性產生影響，因此LED的最終質量是各個工藝環節的綜合反映。要提高其封裝產品質量，需要對各個生產工藝環節進行實時檢測、調整工藝參數，以將次品、廢品控制在最低限度。由于封裝工藝過程的精細、復雜、高速特性，常規的接觸式測量幾乎難以實現封裝中的質量檢測，非接觸測量是最有希望的手段。3、非接觸檢測的基本原理　　3.1 LED芯片的光伏特性　　發光二極管LED芯片的核心是摻雜的PN結，當給它施加正向工作電壓VD時，驅使價帶中的空穴穿過PN結進入N型區、同時驅動導帶中的電子越過PN結進入P型區，在結的附近多余的載流子會發生復合，在復合過程中發光、從而把電能轉換為光能。其在電流驅動條件下發光的性質是由PN的摻雜特性決定，而光電二極管PD的光電特性的也是由PN的摻雜特性決定的，因此LED與PD在本質上有相近之處，這樣當光束照射到開路的LED芯片上時，會在LED芯片的PN結兩端分別產生光生載流子電子、空穴的堆積，形成光生電壓VL。若將此LED芯片的外電路短路，則其PN結兩端的光生載流子會定向流動形成光生電流IL：[4][5] 　　式中：A為芯片的PN結面積，q是電子電量，w是PN結的勢壘區寬度，Ln、Lp 分別為電子、空穴的擴散長度， 是量子產額（即每吸收一個光子產生的電子-空穴對數）， P是照射到PN結上的平均光強度(即單位時間內單位面積被半導體材料吸收的光子數)。它們分別為：　　其中， n、 p分別為電子、空穴遷移率（與材料本身、摻雜濃度以及溫度有關），KB為玻爾茲曼常數，T為開氏溫度， n、 p分別為電子、空穴載流子壽命（與材料本身及溫度有關）， 為半導體PN結材料本身、摻雜濃度以及激勵光的波長有關的材料吸收系數，d是PN結的厚度，P(x)是在PN結內位置x處的激勵光強度。　　考察式（1）~（3）可知，LED芯片的光伏特性與其PN結的結構參數、材料參數相關，而這些參數正好是決定LED發光特性的關鍵參數，因此如果一只LED芯片的發光特性好、則其光伏特性也好，反之亦然。因此可以利用LED芯片發光特性與光伏特性之間的這種內在聯系，通過測試其光伏特性來間接檢驗其發光特性，判斷LED芯片質量的優劣，實現其封裝質量的非接觸檢測。　　3.2 LED光伏特性的等效電路　　對于支架式封裝的LED而言，在封裝過程中是將一組連筋的支架裝夾在封裝機上，然后將芯片與支架封裝在一起，構成圖1所示的支架封裝結構。由圖1（b）、（c）可以看出，LED的支架、支架連筋、引線、銀膠與LED芯片一起，構成了一個完整的外電路短接通道，正符合光伏效應的工作要求。而對于LED封裝質量的常規檢測方法而言，這種工作條件是完全無法開展檢測的。　　由于實際的LED并不是一個單純的理想PN結，它不僅包含PN結的內阻、并聯電阻及串聯電阻，還包含支架、支架連筋、引線、銀膠，因此PN結在外界光照下產生的光生伏特效應形成的光生電流IL并不完全等于流過支架的光生電流IL1。因此支架上流過的電流是LED光電參數的綜合反映。　　若將引線支架的內阻RL看作是光照時LED的負載、PN結光生伏特效應產生的光生電流IL看作為一個恒流源，則光照時LED的等效電路如圖2所示。即工作于光生伏特效應下的LED由可等效為一個理想電流源IL、一個理想二極管D、以及相應的等效串、并聯電阻Rsh、Rs。其中等效并聯電阻Rsh包括PN結內的漏電阻以及結邊緣的漏電阻，而等效串聯電阻Rs包括P區和N區的體電阻Rs1、電極的電阻以及電極和結之間的接觸電阻Rs2，且 　　而IL1是引線支架上流過的負載電流，IF是流過理想二極管D的正向電流，它與二極管兩端的電壓VD滿足關系式： 　　式中Is是二極管的反向飽和電流， 是與PN結電流復合機制有關的一個參數，它們都是由LED芯片的特性決定。因此IF反映了LED的芯片特性。 根據圖2所示的等效電路，可以得到光生電流IL與支架上流過的電流IL1的關系為： 　　由式（7）可以看出，對于LED封裝產品而言，外線路上的電流IL1由兩部分組成，其中分子部分主要反映芯片的內在質量，而分母則主要反映芯片外部的器件質量（如封裝過程中存在的固晶膠連、引線焊接質量等諸多缺陷）。因此只要檢測連筋上的光電流，既可全面掌握LED芯片/器件的封裝質量。@@@@@@@@@@4、LED封裝質量非接觸在線檢測的弱信號檢測技術　4.1 系統實現原理　　考察圖1（b）、（c）及式（7）可知，在LED壓焊之后、灌膠之前，就已經形成了LED光伏效應必須的短接電路，因此可以在壓焊后、灌膠前，利用LED的光伏效應對芯片質量、固晶質量、壓焊質量進行檢測，及時挑出次品進行人工修補，并根據檢測結果對LED封裝生產線的相應工藝參數進行實時修正，進一步控制次品率。而在環氧封裝完成后、切筋前的環節，則還可以再次利用LED的光伏效應對封裝的效果進行非接觸檢測，指導對環氧灌膠、固化工藝的實時調整，剔除次品/廢品。　　根據圖1及式（7）可知，利用LED的光伏效應進行芯片/封裝的非接觸檢測，其關鍵有三，一是用特定光束準確地照射到LED芯片上，非接觸地提供光伏效應所需的光激勵；二是用特殊的技術手段不，非接觸地獲取支架回路中的光生電流；三是根據獲取的光生電流，對芯片的質量缺陷進行判斷。為此采用圖3所示原理系統，實現LED的非接觸檢測[5][6]。　　其中半導體激光器LD發出的光經聚焦后投射到LED芯片上，以對LED激發使其產生光伏效應。而在信號的采集環節，采用電磁耦合方式獲取LED在光照下輸出的電流信號，以實現非接觸測量。最后采用采用式（7）對光電流進行計算處理，對LED的質量進行判別，并找出影響封裝質量的原因，區分出芯片、封裝的因素。　　雖然在光照下LED會產生光伏效應，但其光伏效應遠遠弱于作為光電探測器的光電二極管PD，因此其光生電流IL極為微弱，只有微安數量級，因此非接觸地獲取支架回路中的光生電流，是其中技術難度最大的一個關鍵。雖然采用電磁耦合方式可實現LED光生電流的非接觸測量，但是電磁耦合的方式同時也會耦合進了空間電磁場，這些外界電磁場噪聲與干擾遠遠比光生電流IL強，因此從強烈的外界電磁場信號中提取出十分微弱的光生電流IL非常困難。為此采用抗混濾波、鎖相放大的組合方式，實現了從強烈的環境噪聲中分離光生電流IL的目的。