確保高亮LED精度與性價比的方法

　　精確而高性價比的測試對于確保LED器件的可靠性和質(zhì)量至關(guān)重要。LED測試在生產(chǎn)的不同階段具有不同類型的測試序列，例如設(shè)計研發(fā)階段的測試、生產(chǎn)過程中的晶圓級測試、以及封裝后的最終測試。本文著重探討電氣特征分析，而在適當(dāng)?shù)臅r候介紹部分光學(xué)測量技術(shù)。

　　LED測試在生產(chǎn)的不同階段具有不同類型的測試序列，例如設(shè)計研發(fā)階段的測試、生產(chǎn)過程中的晶圓級測試、以及封裝后的最終測試。LED的測試一般包含電氣和光學(xué)測量，而本文著重探討電氣特征分析，只在適當(dāng)?shù)臅r候介紹部分光學(xué)測量技術(shù)。圖1給出了典型二極管的電氣I-V曲線。完整的測試應(yīng)該包含大量的電壓值與對應(yīng)的電流工作點，但是一般情況下有限的采樣點就足以測試出器件的品質(zhì)因數(shù)。

　　圖1：典型LED的直流I-V曲線和測試點

　　很多測試需要提供已知的電流然后測量電壓，而另外一些測試需要提供電壓然后測量產(chǎn)生的電流。因此，具有集成的、同步的源和測量功能的高速測試儀器對于這類測試是非常理想的。

　　正向電壓測試

　　在LED測試序列中，正向電壓(VF)測試檢驗的是可見光LED上的正向工作電壓。當(dāng)在二極管上加載一個正向電流時，它開始導(dǎo)通。剛開始在低電流下，二極管上的電壓降快速上升，但是隨著驅(qū)動電流的增加，電壓斜率開始變平。二極管一般工作在這個電壓相對恒定的區(qū)域。在這些工作條件下對二極管進行測試也非常有用。VF測試需要提供一個已知的電流然后測量二極管上產(chǎn)生的電壓降。典型的測試電流范圍從幾十毫安到幾安，而產(chǎn)生的電壓大小通常在幾伏的范圍。有些制造商利用這種測試的結(jié)果進行器件分揀，因為正向電壓與LED的色度(由色彩主波長或者互補波長及其純度共同表征的色彩品質(zhì))相關(guān)。

　　光學(xué)測試

　　正向偏置電流也用于光學(xué)測試，因為電子電流與發(fā)光的強弱密切相關(guān)。通過在待測器件附近放一個光電二極管或者累計球捕捉發(fā)出的光子可以測出光強度(optical power)。然后將光轉(zhuǎn)換成電流，利用安培計或者源測量儀器的一個通道測量電流的大小。

　　在很多測試應(yīng)用中，二極管的電壓和發(fā)出的光可以利用大小固定的電流源同時測出來。此外，利用分光計可以在同樣大小的驅(qū)動電流下測出諸如光譜輸出之類的詳細參數(shù)。

　　反向擊穿電壓測試

　　對LED加載一個反向偏置電流可以測出反向擊穿電壓(VR)。測試電流的大小應(yīng)該設(shè)置為當(dāng)電流稍微增加時測出的電壓值不再明顯增大的位置。當(dāng)電壓高于這個電壓值時，反向偏置電流的大幅增加導(dǎo)致反向電壓變化不明顯。這個參數(shù)指標(biāo)通常是一個最小值。在測試VR時要在一定的時間內(nèi)加載一個小的反偏電流，然后測量LED上的電壓降。測量結(jié)果的大小范圍通常為幾十伏。

　　漏電流測試

　　一般地，漏電流(IL)的測量使用中等大小的電壓(幾伏到幾十伏)。漏電流測試測量的是當(dāng)加載的反向電壓低于擊穿電壓時LED上泄漏的小電流。在生產(chǎn)過程中確保漏流不超過一定的閾值是漏流測量的常用做法，也是隔離測量更普遍的做法。其中有兩個原因。第一，低電流測量需要較長的穩(wěn)定時間，因此它們需要更長的時間才能完成。第二，環(huán)境干擾和電噪聲對低值信號具有較大的影響，因此需要額外的屏蔽措施。這些額外的屏蔽措施增加了測試夾具的復(fù)雜性，并且可能干擾自動機械手的操作。

　　智能儀器提升LED生產(chǎn)測試能力

　　過去，在很多LED生產(chǎn)測試系統(tǒng)中人們常常采用PC機控制測試的各個方面。換句話說，在測試序列的每個組成部分中，每個測試必須對信號源和測試儀器分別配置，執(zhí)行所需的操作，然后將數(shù)據(jù)返回給控制PC?？刂芇C然后進行pass/fail判斷并執(zhí)行相應(yīng)的操作對DUT進行分揀。發(fā)送和執(zhí)行的每條命令都浪費了寶貴的測試時間，因此降低了處理能力。顯然，在這類以PC為中心的測試結(jié)構(gòu)中，大部分測試序列時間都被PC和測試儀器之間的通信所消耗了。

　　相反，當(dāng)前很多智能儀器，例如2600A系列數(shù)字源表，通過減少通信總線上的通信量，使得大幅提高復(fù)雜測試序列的能力成為可能。在這些儀器中，測試序列的主要部分嵌入在儀器內(nèi)部。測試腳本處理器(TSP)是一種全能的測試序列引擎，能夠利用內(nèi)置的pass/fail判據(jù)、數(shù)學(xué)和計算公式控制測試序列和數(shù)字I/O端口。TSP能夠?qū)⒂脩糇远x的測試序列保存在存儲器中然后根據(jù)命令執(zhí)行它。這樣就限制了測試序列中每一步的設(shè)置和配置時間，通過最大限度減少與PC和儀器的通信而提高了測試產(chǎn)能。這類儀器的編程過程相對簡單：1)創(chuàng)建腳本;2)將腳本下載到儀器中;3)調(diào)用腳本執(zhí)行。對于2600A系列儀器，用戶可以利用儀器本身提供的Test Script Builder軟件編寫或者下載腳本，或者從用Visual Basic或LabVIEW等語言編寫的用戶應(yīng)用程序中下載到儀器中。

　　單LED器件測試系統(tǒng)

　　圖2是測試單個LED的測試系統(tǒng)簡化模塊圖。對于自動化測試，通常包含一臺PC和一個元件機械手(晶圓級測量需要一個探針臺)。

　　在這個測試結(jié)構(gòu)中，PC機的主要作用是將測量數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中用于資料記錄。第二個作用是針對不同的部件重新配置測試序列。2600A系列的獨特之處在于它們能夠獨立于PC控制器單獨工作。每臺儀器上內(nèi)嵌的TSP支持用戶編寫能夠在儀器本身上執(zhí)行的完整測試規(guī)劃。換句話說，用戶可以編寫完整的pass/fail測試序列腳本，無需儀器重編程即可通過儀器面板運行它。

　　圖2：基于數(shù)字源表的單LED測試系統(tǒng)模塊圖

　　生產(chǎn)測試系統(tǒng)可以利用元件機械手將單個LED傳送到測試夾具上，進行電氣接觸。該夾具屏蔽了環(huán)境光，并且安裝了光電探測器(PD)進行光學(xué)測量。在如圖2所示的配置中，使用了一臺2602A型雙通道數(shù)字源表實現(xiàn)兩種連接。其中，源測量單元A(SMUA)為LED提供測試信號并測量其電響應(yīng)，而SMUB在光學(xué)測量過程中用于監(jiān)測光電二極管。

　　測試序列在編程開始時利用元件機械手的一條數(shù)字線作為“測試啟動(SOT)”信號。當(dāng)數(shù)字源表檢測到這個SOT信號后，LED特征分析測試就開始了。

　　在所有的電氣和光學(xué)測試都完成之后，系統(tǒng)為元件機械手設(shè)置一條標(biāo)志“測量完成”的數(shù)字線。此外，儀器本身的智能功能執(zhí)行所有的pass/fail操作，通過儀器上的數(shù)字I/O端口向元件機械手發(fā)送一條數(shù)字命令，根據(jù)pass/fail判據(jù)對LED進行分揀。然后，可以設(shè)定兩個操作同時執(zhí)行：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C進行統(tǒng)計過程控制，同時將一個新的DUT傳送到測試夾具上。

多器件/陣列的LED測試系統(tǒng)

　　在多器件測試情況下，例如涉及老化的測試，我們要在規(guī)定的時間內(nèi)同時測量多個部件。驅(qū)動DUT通常需要連續(xù)的電流，但是多個光學(xué)探測器可以通過開關(guān)系統(tǒng)復(fù)用一個電流計。用戶可以根據(jù)所測電流的動態(tài)量程選擇合適的開關(guān)系統(tǒng)和電流計。

　　多LED器件測試可以選擇多種類型的開關(guān)。例如，3706型開關(guān)/萬用表具有6個開關(guān)模塊插槽，因此它最多可支持576個復(fù)用通道或者2688個矩陣交叉點。與2600A系列儀器類似，它也內(nèi)置了板載TSP和TSP-Link設(shè)備間通信/觸發(fā)總線，利用這套總線可以快速而方便地將這些儀器集成到一個系統(tǒng)中。這種集成支持緊密同步的儀器間操作，并且能夠讓它們在一個測試腳本的控制下進行操作。圖3給出了具有一個光電二極管通道的三LED器件測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　圖3：采用可擴展2602A數(shù)字源表通道構(gòu)建LED陣列測試系統(tǒng)的模塊圖

　　最大限度減少LED測試誤差

　　LED生產(chǎn)測試中的常見測量誤差源包括引線電阻、漏電流、靜電干擾和光干擾，但是結(jié)自熱是最重要的誤差源之一。對結(jié)發(fā)熱最敏感的兩種測試是正向電壓測試和漏電流測試。當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)發(fā)熱時，電壓將會下降，更重要的是，在恒壓測試過程中漏電流會增大。因此，在不影響測量精度或穩(wěn)定性的情況下盡可能縮短測試時間是非常重要的。

　　具有板載測試腳本引擎的智能儀器能夠簡化配置測量前器件的持