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          LED 芯片封裝缺陷檢測方法研究

          作者: 時間:2012-07-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            1.3的檢測方法

            完成壓焊工序后,LED處于閉合短路狀態(tài),直接導(dǎo)出回路電流進行檢測不可行。雖然支架回路有一定電阻,但光生電流只有微安量級,因而支架回路中的壓降非常小,用一般的電壓測量方法難度較大,而且接觸式檢測會引入接觸電阻,影響檢測的準確性。因此,考慮用非接觸式的電流檢測方法。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,利用引腳式LED自身特征,檢測時將帶磁芯線圈中磁芯的一端插入圖1所示閉合回路z中,LED支架回路作為一級繞組,帶磁芯線圈作為次級繞組,并在線圈的兩端并聯(lián)上電容C,與線圈L組成LC諧振回路。以交變的光激勵時,支架回路中產(chǎn)生交變電流,交流載流回路會在周圍空間產(chǎn)生交變磁場,次級線圈交變磁場則在次級線圈中產(chǎn)生感生電動勢。若交變光頻率與LC諧振回路頻率相等時,LC回路發(fā)生共振,此時次級線圈兩端感生電動勢最大。因此,可以通過檢測次級線圈兩端感生電動勢間接達到檢測支架回路光電流的目的,實現(xiàn)對封裝工藝中芯片功能狀況及焊接質(zhì)量的檢測。

           LC諧振回路中,線圈中磁芯起到增強磁感應(yīng)強度B的作用,從而增加檢測信號幅值。又線圈中磁芯的有效磁導(dǎo)率與相對磁導(dǎo)率間關(guān)系可表示為[14]:

          有效磁導(dǎo)率與相對磁導(dǎo)率間關(guān)系

          式中,μe磁芯的有效磁導(dǎo)率,脅為磁芯的相對磁導(dǎo)率,μr為磁芯的有效磁路長度,名為非閉合氣隙長度。

            由式(8)可以看出,影響有效磁導(dǎo)率脅從而影響磁感應(yīng)強度B的參數(shù)有:

            ①磁芯材料的相對磁導(dǎo)率脅。與所選軟磁磁芯材料有關(guān)(軟磁材料初始相對磁導(dǎo)率一般大于1000),當(dāng)磁芯材料選定后,其相對磁導(dǎo)率為確定值。

           ?、诖判镜挠行чL度le、非閉合氣隙長度lg,它們由磁芯的結(jié)構(gòu)決定。微弱電流產(chǎn)生的磁場易受外界因素干擾,磁路越長,干擾越大,所以磁芯的有效長度宜短。

            在磁芯材料確定的情況下,為了得到較大磁感應(yīng)強度B,需改變線圈中磁芯的結(jié)構(gòu)。若磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計為環(huán)形,由式(8)知,磁感應(yīng)強度B增大倍數(shù)理論上與磁芯的相對磁導(dǎo)率盧,大小相等,檢測信號幅值將達到最大。與條形磁芯同種材質(zhì)的u型磁芯上搭接一塊條形磁芯就構(gòu)成環(huán)形磁芯線圈,其搭接方式有兩種,如圖3示。

          搭接方式

            檢測時將繞有線圈的U型磁芯的一端插入圖1所示1閉合回路,感應(yīng)LED支架回路中回路電流產(chǎn)生的交變磁通,再將條形磁芯搭接在U型磁芯上,使感應(yīng)磁路閉合。由于搭接方式不同,兩種搭接方式的磁芯線圈處在支架回路所產(chǎn)生的交變磁場中時,其搭接處磁路也將不同,用Ansoft Maxwell軟件仿真兩種搭接方式的磁芯搭接處在交變磁場中的磁回路,結(jié)果如圖4示

          交變磁場中的磁回路

            圖4中(a)、(b)仿真結(jié)果對應(yīng)于圖3中(a)、(b)兩種線圈磁芯搭接方式。比較兩種線圈磁芯搭接處磁路仿真結(jié)果可以看出:①圖3(a)示磁芯搭接處磁路在空氣介質(zhì)中的回路最短,所受磁阻最小,因此磁損耗也最小。②由于待測LED支架回路電流為微安量級,激起的磁場較小,易受空間電磁場的干擾,圖3(b)示磁芯搭接處磁路暴露在空氣介質(zhì)中較多,受干擾的幾率較大。由上述分析,圖3(a)磁芯搭接方式較優(yōu),可以增強信號檢測端抑制干擾能力,增加檢測信號幅值,一定程度上提高光激勵檢測信號信噪比,進而提高缺陷檢測精度。

            2實驗及分析

            2.1實驗

            為了比較條形磁芯線圈與環(huán)形磁芯線圈對檢測精度的影響,現(xiàn)分別使用條形磁芯線圈和圖3(a)示環(huán)形磁芯線圈進行實驗。磁芯材料為 PC40,其初始相對磁導(dǎo)率約為2300,條形磁芯的外形幾何尺寸為1.6minx3.2ram×20mm,線圈匝數(shù)為300匝;環(huán)形磁芯橫截面尺寸為 1.6mm×3.2mm,其有效磁路長度約等于條形磁芯,線圈匝數(shù)為300匝。實驗中激勵光源為一種超高亮度貼片式白光LED,激勵光源用占空比為50%的方波信號驅(qū)動,方波信號可由一系列正弦變化的信號疊加而成,使其基頻與諧振回路的工作頻率相同,即LC諧振回路實現(xiàn)了對方波信號的選頻,所以穿過線圈磁通鏈的變化率就是方波基頻信號的變化率;檢測對象分別是GaP材料12mil黃色焊接質(zhì)量合格的LED和焊接過程中芯片電極有非金屬膜的LED。從線圈兩端輸出的信號經(jīng)放大、濾波、峰值檢波后見圖5。實驗中放大器的放大倍數(shù)為103倍。

          信號經(jīng)放大

          信號經(jīng)放大

            2.2結(jié)果分析

            本文介紹的檢測方法是通過檢測LED支架回路光電流間接實現(xiàn)的。由圖5可以看出,支架回路光電流激發(fā)的磁場在不同磁芯結(jié)構(gòu)線圈兩端感生電動勢大小不同;不同磁芯結(jié)構(gòu)線圈,檢測信號的信噪比差異較大。具體表現(xiàn)為:

           ?、俸附淤|(zhì)量合格的LED,實驗檢測值與理論計算值相吻合。圖5(a)為使用條形線圈磁芯的實驗結(jié)果,封裝工藝中焊接質(zhì)量合格的LED,信號檢測端產(chǎn)生的光激勵信號經(jīng)放大、濾波、峰值檢波后幅值約為60mV。選12mil黃色進行理論值計算,芯片面積A=0.3mm×0.3mm,取 β=0.5當(dāng)單位時間內(nèi)單位面積被半導(dǎo)體材料吸收的平均光強(以光子數(shù)計)為5.45×1021個/m2s 時,由式(1)可計算出光生電流約為42μA。由畢奧-薩伐爾定理、疊加定理及法拉第電磁感應(yīng)定律,可求得12mil黃色LED芯片在信號檢測端感生電動勢幅值約為63mV,去除實驗誤差和計算誤差,理論值和實驗值較好地吻合。




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