生產環境下高亮度LED的高精度高性價比測試

摘要：LED測試在生產的不同階段具有不同類型的測試序列，例如設計研發階段的測試、生產過程中的晶圓級測試、以及封裝后的最終測試。盡管LED的測試一般包含電氣和光學測量，本文著重探討電氣特征分析，只在適當的位置介紹部分光學測量技術。

關鍵詞：LED；測試；I-V1特性

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2011.06.003

可見光發光二極管(LED)兼具高效率和長壽命的特點。目前，它們的應用十分廣泛。制造商們通過對LED器件的深入研究已經研制出了具有更高光通量、更長壽命、更多色彩和更高每瓦流明數的新器件。精確而高性價比的測試對于確保器件的可靠性和質量至關重要。

圖1給出了典型二極管的電氣I-V曲線。完整的測試應該包含大量的電壓值與對應的電流工作點，但是一般情況下有限的采樣點就足以測試出器件的品質因數。

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。當在二極管上加載一個正向電流時，它就開始導通。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生的電壓降。典型的測試電流范圍從幾十毫安到幾安。而產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果進行器件分揀，因為正向電壓與uD。的色品(由色彩的主要或者補色波長及其純麒同表征的色彩品質)相關。

光學測試

正向偏置電流也用于光學測試，因為電子電流與發光的強弱密切相關。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出的光子可以測出光強度(optical power)。然后將光轉換成電流，利用安培計或者源測量儀器的一個通道測量電流的大小。

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

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)。測試電流的大小應該設置為當電流稍微增加時測出的電壓值不再明顯增大的位置。當電壓高于這個電壓值時，反向偏置電流的大幅增加導致反向電壓變化不明顯。這個參數指標通常是一個最小值。在測試VR時要在一定的時間內加載一個小的反偏電流，然后測量LED上的電壓降。測量結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定時間，因此它們需要更長的時間才能完成。第二，環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雜性，并且可能干擾自動機械手的操作。智能儀器增大LED生產測試產能

過去，在很多LED生產測試系統中人們常常采用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，執行所需的操作，然后將數據返回給控制PC?？刂芇C然后進行pass／fail判斷并執行相應的操作對DUT進行分揀。發送和執行的每條命令都浪費了寶貴的測試時間，降低了產能。顯然，在這類以PC為中心的測試結構中，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，當前很多智能儀器。例如2600A系列數字源表，通過減少通信總線上的通信量，使得大幅提高復雜測試序列的產能成為可能。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，能夠利用內置的pass／fail判據、數學和計算公式控制測試序列和數字I／O端口。TSP能夠將用戶自定義的測試序列保存在存儲器中然后根據命令執行它。這樣就限制了測試序列中每一步的設置和配置時間，通過最大限度減少與PC和儀器的通信而提高了測試產能。這類儀器的編程過程相對簡單：1)創建腳本；2)將腳本下載到儀器中；3)調用腳本執行。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用程序中下載到儀器中。

單LED器件測試系統

圖2是測試單個LED的測試系統簡化模塊圖。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。

在這個測試結構中，PC機的主要作用是將測量數據保存在數據庫中用于資料記錄。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。每臺儀器上內嵌的TSP支持用戶編寫能夠在儀器本身上執行的完整測試規劃。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。

生產測試系統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。該夾具屏蔽了環境光，并且安裝了光電探測器(PD)進行光學測量。在如圖2所示的配置中，使用了一臺2602A型雙通道數字源表實現兩種連接。其中，源測量單元A(SMUA)為LED提供測試信號并測量其電響應，而SMUB在光學測量過程中用于監測光電二極管。

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

在所有的電氣和光學測試都完成之后，系統為元件機械手設置一條標志“測量完成”的數字線。此外，儀器本身的智能功能執行