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LED凭借其优越的性能,被誉为新一代照明光源。我国LED的发展起步于20世纪70年代,LED产业出现于20世纪80年代,相对落后。随着我国“国家半导体照明工程”(2003年)和国家863计划“半导体照明工程”重大项目(2006年)的启动,LED正以疾速的步伐向我们的生活走来。面对千载难逢的历史机遇,发展我国的半导体照明产业的最佳时机已经到来。
由于LED产业生产的稳定性和可靠性还不太理想,对LED质量的检测是必不可少的生产环节。目前,LED的检测主要还是针对外延片的半导体参数检测,以及LED成品特性参数检测,尚无针对封装过程中LED质量的检测工序。我国LED产量大,目前的封装成品率不算理想,而LED封装又是主要的生产成本。LED封装缺陷不但影响LED性能的稳定性和可靠性,而且增加了生产成本,阻碍了LED照明的普及。因此,对封装过程中LED质量进行检测是非常必要的,对推动LED产业的发展和LED照明的普及具有重要的意义。
本课题在国家自然科学基金(NO.60676031)、重庆市科技攻关项目基金资助下,对LED封装缺陷及其封装过程中的质量检测进行了研究,主要工作如下:
①研究背景介绍。介绍LED产业的发展历程、现状与发展趋势,及LED检测的现状,发掘出我国LED产业目前亟待解决的问题。
②LED典型封装缺陷分析。介绍LED的封装工艺,对LED封装过程中容易产生的缺陷进行归纳,分析它们产生的主要成因、表象特征及危害。键合系统缺陷是LED典型封装缺陷中最常见、危害最大的缺陷之一,因此选择了键合系统缺陷进行重点研究。介绍LED键合系统的基本组成及键合工艺情况,对常见的LED键合缺陷进行归纳,分析各种常见键合系统缺陷的成因、表象特征及主要危害。
③缺陷键合LED的光电特性分析。污染物键合是LED常见键合缺陷中危害最大的键合缺陷之一,因此选择了污染物键合作为研究对象。首先,理论分析了污染物键合对LED电气特性的影响及其他危害。由理论分析可知,键合污染物为非导体时对LED性能的影响更大,因此选择了油污键合的LED作为实验对象。对LED芯片进行了油污键合实物模拟,分别测量了正常键合LED和油污键合LED的光谱特性和短路光生电流,存在键合缺陷的LED在相同激励条件下,发光强度和短路光生电流均明显小于正常键合的LED。利用键合缺陷LED的等效电路对实验结果进行了具体分析,理论与实验吻合较好。
④LED在线检测仪机构设计。由于目前尚无针对LED封装过程中检测的方法,利用缺陷键合与正常键合LED测得的短路光生电流存在的较大差异,结合LED封装过程中的具体情况,提出了一种非接触式在线检测LED键合缺陷的方法。基于此方法,研制了一台LED在线检测仪样机,已能成功检测LED的键合缺陷,但也存在一些技术问题有待解决。论文总结了第一代LED在线检测样机的不足之处,着手开始研制第二代LED在线检测仪样机。第二代样机采用二维传动式检测方式,更符合实际LED封装生产过程中的检测,而且只需要一组激励光源、感应磁芯绕组和放大处理电路,节约成本的同时,也打破了第一代仪器设计空间受限的缺点。