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3.2LED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

而IL1是引线支架上流过的负载电流，IF是流过理想二极管D的正向电流，它与二极管两端的电压VD满足关系式：

式中Is是二极管的反向饱和电流，η是与PN结电流复合机制有关的一个参数，它们都是由LED芯片的特性决定。因此IF反映了LED的芯片特性。

根据图2所示的等效电路，可以得到光生电流IL与支架上流过的电流IL1的关系为：

由式（7）可以看出，对于LED封装产品而言，外线路上的电流IL1由两部分组成，其中分子部分主要反映芯片的内在质量，而分母则主要反映芯片外部的器件质量（如封装过程中存在的固晶胶连、引线焊接质量等诸多缺陷）。因此只要检测连筋上的光电流，既可全面掌握LED芯片/器件的封装质量。

4、LED封装质量非接触在线检测的弱信号检测技术

4.1系统实现原理

考察图1（b）、（c）及式（7）可知，在LED压焊之后、灌胶之前，就已经形成了LED光伏效应必须的短接电路，因此可以在压焊后、灌胶前，利用LED的光伏效应对芯片质量、固晶质量、压焊质量进行检测，及时挑出次品进行人工修补，并根据检测结果对LED封装生产线的相应工艺参数进行实时修正，进一步控制次品率。而在环氧封装完成后、切筋前的环节，则还可以再次利用LED的光伏效应对封装的效果进行非接触检测，指导对环氧灌胶、固化工艺的实时调整，剔除次品/废品。

根据图1及式（7）可知，利用LED的光伏效应进行芯片/封装的非接触检测，其关键有三，一是用特定光束准确地照射到LED芯片上，非接触地提供光伏效应所需的光激励；二是用特殊的技术手段不，非接触地获取支架回路中的光生电流；三是根据获取的光生电流，对芯片的质量缺陷进行判断。为此采用图3所示原理系统，实现LED的非接触检测[5][6]。

其中半导体激光器LD发出的光经聚焦后投射到LED芯片上，以对LED激发使其产生光伏效应。而在信号的采集环节，采用电磁耦合方式获取LED在光照下输出的电流信号，以实现非接触测量。最后采用采用式（7）对光电流进行计算处理，对LED的质量进行判别，并找出影响封装质量的原因，区分出芯片、封装的因素。

虽然在光照下LED会产生光伏效应，但其光伏效应远远弱于作为光电探测器的光电二极管PD，因此其光生电流IL极为微弱，只有微安数量级，因此非接触地获取支架回路中的光生电流，是其中技术难度最大的一个关键。虽然采用电磁耦合方式可实现LED光生电流的非接触测量，但是电磁耦合的方式同时也会耦合进了空间电磁场，这些外界电磁场噪声与干扰远远比光生电流IL强，因此从强烈的外界电磁场信号中提取出十分微弱的光生电流IL非常困难。为此采用抗混滤波、锁相放大的组合方式，实现了从强烈的环境噪声中分离光生电流IL的目的。

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。

4.2.2LED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。

关键词： 非接触 检测技术 缺陷 封装 芯片 器件 LED