1、引言
　　近些年來，隨著製造成本的下降和發光效率、光衰等技術瓶頸的突破，我國的LED照明產(chan) 業(ye) 進入了加速發展階段，應用市場迅速增長，這導致了LED封裝產(chan) 品的巨大市場，催生出了成千上萬(wan) 家LED封裝企業(ye) ，使我國成為(wei) 國際上LED封裝的第一產(chan) 量大國，LED封裝產(chan) 品的年產(chan) 值從(cong) 2004年的99億(yi) 元、2006年的140億(yi) 元，發展到2008年的185億(yi) 元，而年產(chan) 量更是已經突破萬(wan) 億(yi) 隻[1][2]。若LED封裝的廢品/次品率為(wei) 0.1%，則全國每年萬(wan) 億(yi) 隻LED封裝產(chan) 品中就可能產(chan) 生數億(yi) 隻廢品/次品，造成近億(yi) 元的直接經濟損失。

　　為(wei) 了保證封裝質量，LED封裝企業(ye) 都是通過在封裝前的鏡檢與(yu) 封裝後的分檢來保證LED封裝質量。封裝前的鏡檢即在封裝前對用顯微鏡對原材料芯片進行人工外觀檢查，觀察芯片材料表麵是否有機械損傷(shang) 及麻點麻坑、芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求、電極圖案是否完整，並剔除不合格芯片，避免其流入下道工藝、產(chan) 生次品；封裝後的分檢即在封裝完成後，采用自動分光分色機對封裝成品的光、電參數進行檢查，並根據檢測結果進行分檔、然後包裝。顯然封裝前的鏡檢與(yu) 封裝後的分檢，隻能將封裝中生產(chan) 出的次品與(yu) 正品區分開來、或將正品按參數進行分檔，不能提高封裝的成品率。

　　對於(yu) 現代化的全自動封裝線，其自身的任何微小差異都將迅速對封裝產(chan) 品的質量產(chan) 生直接影響。則因此在全自動封裝線全麵普及的條件下，在封裝生產(chan) 過程中主動地對封裝質量進行在線實時檢測，已經成了提高封裝水平、保證封裝質量的一個(ge) 必然需求。由於(yu) LED芯片尺寸小、封裝工藝要求高、封裝生產(chan) 速度快，因此很難在封裝過程中進行實時的質量檢測與(yu) 控製。

2、LED封裝工藝的特點分析
　　要在LED封裝工藝過程中對其芯片/封裝質量進行實時在線檢測，就必須首先了解LED封裝的工藝特點、LED的參數特點。
　　2.1  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，並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(chan) 量最高的形式，因此也應該是LED封裝產(chan) 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，並在一組連筋的支架排中每個(ge) 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），然後用真空吸嘴將LED芯片吸起安置在支架的反光碗中心處，並通過燒結將芯片的背電極與(yu) 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(chan) 品內(nei) 外引線的連接工作（即壓焊工藝）；將光學環氧膠真空除泡後灌注入LED成型模內(nei) 、然後將支架整體(ti) 壓入LED成型模內(nei) （即灌膠工藝），對環氧膠進行高溫固化、退火降溫，固化之後脫模（即固化工藝），最後切斷LED支架的連筋(圖1所示)，最後進行分檢、包裝。

　　2.2  LED封裝工藝的特點分析
　　從(cong) 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(shang) ，對LED的所有光、電特性產(chan) 生影響；而在支架的固晶、壓焊過程中，則有可能產(chan) 生芯片錯位、內(nei) 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(nei) 外電極的接觸不良或虛焊則會(hui) 增大LED的接觸電阻；在灌膠、環氧固化工藝中，則可能產(chan) 生氣泡、熱應力，對LED的輸出光效產(chan) 生影響。

　　因此可知，LED芯片與(yu) 封裝工藝皆會(hui) 對其光、電特性產(chan) 生影響，因此LED的最終質量是各個(ge) 工藝環節的綜合反映。要提高其封裝產(chan) 品質量，需要對各個(ge) 生產(chan) 工藝環節進行實時檢測、調整工藝參數，以將次品、廢品控製在最低限度。
由於(yu) 封裝工藝過程的精細、複雜、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(jia) 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，在結的附近多餘(yu) 的載流子會(hui) 發生複合，在複合過程中發光、從(cong) 而把電能轉換為(wei) 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(jue) 定，而光電二極管PD的光電特性的也是由PN的摻雜特性決(jue) 定的，因此LED與(yu) 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(hui) 在LED芯片的PN結兩(liang) 端分別產(chan) 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(liang) 端的光生載流子會(hui) 定向流動形成光生電流IL：[4][5]

                                        
　　式中：A為(wei) 芯片的PN結麵積，q是電子電量，w是PN結的勢壘區寬度，Ln、Lp 分別為(wei) 電子、空穴的擴散長度，β是量子產(chan) 額（即每吸收一個(ge) 光子產(chan) 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(nei) 單位麵積被半導體(ti) 材料吸收的光子數)。它們(men) 分別為(wei) ：

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　　其中，μn、μp分別為(wei) 電子、空穴遷移率（與(yu) 材料本身、摻雜濃度以及溫度有關(guan) ），KB為(wei) 玻爾茲(zi) 曼常數，T為(wei) 開氏溫度，τn、τp分別為(wei) 電子、空穴載流子壽命（與(yu) 材料本身及溫度有關(guan) ），α為(wei) 半導體(ti) PN結材料本身、摻雜濃度以及激勵光的波長有關(guan) 的材料吸收係數，d是PN結的厚度，P(x)是在PN結內(nei) 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(yu) 其PN結的結構參數、材料參數相關(guan) ，而這些參數正好是決(jue) 定LED發光特性的關(guan) 鍵參數，因此如果一隻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(yu) 光伏特性之間的這種內(nei) 在聯係，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(you) 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
　　對於(yu) 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，然後將芯片與(yu) 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(yu) LED芯片一起，構成了一個(ge) 完整的外電路短接通道，正符合光伏效應的工作要求。而對於(yu) 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。

　　由於(yu) 實際的LED並不是一個(ge) 單純的理想PN結，它不僅(jin) 包含PN結的內(nei) 阻、並聯電阻及串聯電阻，還包含支架、支架連筋、引線、銀膠，因此PN結在外界光照下產(chan) 生的光生伏特效應形成的光生電流IL並不完全等於(yu) 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(nei) 阻RL看作是光照時LED的負載、PN結光生伏特效應產(chan) 生的光生電流IL看作為(wei) 一個(ge) 恒流源，則光照時LED的等效電路如圖2所示。即工作於(yu) 光生伏特效應下的LED由可等效為(wei) 一個(ge) 理想電流源IL、一個(ge) 理想二極管D、以及相應的等效串、並聯電阻Rsh、Rs。