3 　实验

　　3.1　实验

　　实验选用的激励光源为一种蓝色芯片黄色荧光粉的大功率白光LED，激励光经过透镜汇聚以增强照射在芯片表面的光强，为了便于观察，激励光源采用脉冲输出方式，脉冲持续时间为5 ms。检测的样品包括红色、黄色及绿色LED，所有芯片尺寸一致，为12 mil12 mil。由于支架上流过的光生电流非常小，测睦的电流，经调理电路后得到最终的检测电压信号。为了便于比较，实验测量了流过支架的电流为1μA时最后获得的检测电压信号的幅值约为13 mV。所有实验都是在相同的照射条件及测量条件下实现的。

　　3.2　结果讨论

　　实验首先测量了不同颜色LED的检测信号，如图2所示。

　　图2中横坐标表示检测时间，纵坐标表示经调理电路处理后的检测电压信号幅值。由图2可以看出。在相同的实验条件下，对于不同颜色的LED，最后获得的检测信号的幅值是不同的。根据2.1节的分析，这与LED材料和器件结构参数都有关系。实验中选用的芯片的尺寸相同，因此不考虑pn结的结面积A的影响，而Ln、Lp>>ω，，势垒宽度的影响也可以忽略，则影响检测结果的主要参数是pn结的厚度d、电子、空穴的扩散长度Ln、Lp以及材料的吸收系数α。由于pn结本身的尺寸很小，不同LED的厚度α及扩散长度Ln、Lp不会差异很大，而吸收系数α会因为材料、掺杂浓度以及入射光的波长的不同有几倍甚至几个数量级的差异，因此本文认为，这是造成这里检测结果不同的主要原因。图2中，红色LED的检测幅值最大，黄色次之，绿色最小，这是因为，实验中选用的激励光源是蓝色芯片黄色荧光粉的白光LED，红色LED的波长最长，能吸收激励光源中的几乎所有波长成分，黄色LED只能吸收蓝光成分及部分黄光成分，而绿色LED，由于其波长小于激励光源中的黄光成分，吸收的光子数最少，因此产生的光生电流最小，最终的检测电压值也越小，这与2.1节中理论分析结果的第1)条是一致的。

　　图3表示同种材料同种类型，功能完好且连接状态良好的红色LED i个不同样品的检测结果随激励光强度变化的情况。三个样品是从引线支架连接在一起的20个LED巾随机抽取的。为了便于观察，检测的电压信号幅值已换算成光激励pn结时产生的光生电流IL。

　　由图3可知。三个样品在相同的光照下产生的光生电流是很接近的，并且光生电流IL与光照强度P0成正比，几个样品之间的固定误差可能是因为光照位置的微小偏差造成的。当激励光功率为2 mW时，产生的光生电流大约为96μA，这比理论计算值小5μA，这是因为理论计算时未考虑LED串联电阻的影响，凶此可以认为实验与2.1节中理论分析结果第2)条和第3)是符合的。

　　在图l所示的等效电路中，Rs2也与负载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。在激励光功率为2 mw时(此时产生的光生电流IL约为96μA)，得到图3中样品1l流过负载的电流I与负载电阻RL的变化关系。如图4所示。

　　由图4可知，随着外加负载RL的增大，流过负载的电流越来越小，尤其从图4(b)可以看出，当外加负载为0时，负载电流为96μA，而当负载电阻变化到0.4Ω，负载电流下降到7lμA，下降率达26%，由于串联电阻Rs的值无法准确估计，因此实验结果与2.2结中理论计算的值有差异。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I产生很大的改变。对于功能完好的LED芯片，通过测肇支架上流过的光生电流I可以计算得到I,ED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。

　　4 结论

　　针对LED封装过程巾急需解决的产品质量检测问题，基于pn结的光生伏特效应，研究了一种非接触式的LED芯片在线检测方法。通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生电流，检测LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之问的连接状态，并进一步分析了pn结光生伏特效应的等效电路，详细论述了半导体材料的各种参数及等效电路中各电参数与支架上流过的光生电流的关系，以及这些参数对检测结果造成的影响。实验结果表明，对不同颜色的LED，在相同的激励条件下，由于LED材料及结构参数的不同，测量的光生电流值有很大差异。而对于相同颜色同种类型的不同LED，由于芯片本身质量或者其电气连接状态的影响，也存在一定的差异，根据这种差异就可以分析LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间的电气连接状态。研究表明，该方法可以实现LED芯片的在线检测，有较大的应用价值。

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　　作者简介

　　李恋，2003年于重庆大学获得学十学位，2005年至今在重庆大学攻读博士学位，主要研究方向是半导体检测。

　　李平。现为重庆大学光电T程教授、博士生导师，主要研究方向为传感技术、能量采集和半导体照明等。

采用光生伏特效应的LED芯片在检测方法上的研究(上)