基于芯片與封裝的兩種LED分選方法

人眼對于光的顏色及亮度的分辨率非常高，特別是對于顏色的差別和變化非常敏感。對于不同顏色波長(cháng)的光人眼的敏感度是不同的。例如，對于波長(cháng)是585nm光，當顏色變化大于1nm時(shí)，人眼就可以感覺(jué)到;而對于波長(cháng)為650nm的紅光，當顏色變化在3nm的時(shí)候，人眼才能察覺(jué)到。

在早期，由于LED主要被用作指示或顯示燈用，而且一般以單顆器件出現，所以對于其波長(cháng)的分選和亮度的控制要求并不高。但隨著(zhù)LED的效率和亮度的不斷提高，其應用范圍越來(lái)越廣。當LED作為陣列顯示和顯示屏器件時(shí)，由于人眼對于顏色波長(cháng)和亮度的敏感性，用沒(méi)有分選過(guò)的LED變就會(huì )產(chǎn)生不均勻的現象，進(jìn)而影響人們的視覺(jué)效果。波長(cháng)和光亮度的不均勻都會(huì )給人產(chǎn)生不舒服的感覺(jué)。這是各LED顯示器制造廠(chǎng)家都不愿意看到的，也是人們無(wú)法接受的。

LED通常按照主波長(cháng)、發(fā)光強度、光通亮、色溫、工作電壓、反向擊穿電壓等幾個(gè)關(guān)鍵參數進(jìn)行測試與分選。LED的測試與分選是LED生產(chǎn)過(guò)程中的一項必要工序。目前，它是許多LED芯片和封裝廠(chǎng)商的產(chǎn)能瓶頸，也是LED芯片生產(chǎn)和封裝成本的重要組成部分。

1、LED的分選方法

LED的分選有兩種方法：一是以芯片為基礎的測試分選，二是對封裝好的LED進(jìn)行測試分選。

(1)芯片的測試分選

LED芯片分選難度很大，主要原因是LED芯片尺寸一般都很小，從9mil到14mil(0.22-0.35nm)。這樣小的芯片需要微探針才能夠完成測試，分選過(guò)程需要精確的機械和圖像識別系統，這使得設備的造價(jià)變得很高，而且測試速度受到限制?，F在的LED芯片測試分選機價(jià)格約在100萬(wàn)元人民幣臺，其測試速度在每小時(shí)10000只左右。如果按照每月25天計算，每一臺分選機的產(chǎn)能為每月5KK。

目前，芯片的測試分選有兩種方法：

一種方法是測試分選由同一臺機器完成，它的優(yōu)點(diǎn)是可靠，但速度很慢，產(chǎn)能低;

另一種方法是測試和分選由兩臺機器完成，測試設備記錄下每個(gè)芯片的位置和參數，然后把這些數據傳遞到分選設備上，進(jìn)行快速分選、這樣做的優(yōu)點(diǎn)是快速，但缺點(diǎn)是可靠性比較低，容易出錯，因為在測試與分選兩個(gè)步驟之間通常還有襯底減薄和芯片分離的工藝過(guò)程，而在這個(gè)過(guò)程中，外延片有可能碎裂、局部殘缺碎裂或局部殘缺，使得實(shí)際的芯片分布與儲存在分選機里的數據不符，造成分選困難。

從根本上解決芯片測試分選瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵是改善外延片均勻性。如果一片外延片波長(cháng)分布在2nm之內，亮度的變化在+15%之內，則可以將這個(gè)片子上的所有芯片歸為一檔(Bin)，只要通過(guò)測試把不合格的芯片去除即可，將大大增加芯片的產(chǎn)能和降低芯片的成本。在均勻性不是很好的情況下，也可以用測試并把“不合格產(chǎn)品較多”的芯片區域用噴墨涂抹的方式處理掉，從而快速地得到想要的“合格”芯片，但這樣做的成本太高，會(huì )把很多符合其他客房要求的芯片都做為不合格證的廢品處理，最后核算出的芯片成本可能是市場(chǎng)無(wú)法接受的水平。

(2)LED的測試分選

封裝后的LED可以按照波長(cháng)、發(fā)光強度、發(fā)光角度以及工作電壓等進(jìn)行測試分選。其結果是把LED分成很多檔(Bin)和類(lèi)別，然后測試分選機會(huì )自動(dòng)地根據設定的測試標準把LED分裝在不同的Bin盒內。由于人們對于LED的要求越來(lái)越高，早期的分選機是32Bin,后來(lái)增加到64Bin,現在已有72Bin的商用分選機。即使這樣，分Bin的LED技術(shù)指標仍然無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求。

LED測試分選機是在一個(gè)特定的工作臺電流下(如20mA)，對LED進(jìn)行測試，一般還會(huì )做一個(gè)反向電壓值的測試?，F在的LED測試分選機價(jià)格約在40~50萬(wàn)人民幣/臺，其測試速度在每小時(shí)18000只左右。如果按照每月25天，每天20小時(shí)的工作時(shí)間計算，每一臺分選機的產(chǎn)能為每月9KK。

大型顯示屏或其他高檔應用客戶(hù)，對LED的質(zhì)量要求較高。特別是在波長(cháng)與亮度一致性的要求上很?chē)栏?。假如LED封裝廠(chǎng)在芯片采購時(shí)沒(méi)有提出嚴格的要求，則這些封裝廠(chǎng)在大量的封裝后會(huì )發(fā)現，封裝好的LED中只有很少數量的產(chǎn)品能滿(mǎn)足某一客戶(hù)的要求，其余大部分將變成倉庫里的存貨。這種情形迫使LED封裝廠(chǎng)在采購LED芯片時(shí)提出嚴格的要求，特別是波長(cháng)、亮度和工作臺電壓的指標;比如， 過(guò)去對波長(cháng)要求是+2nm,而現在則要求為+1 nm,甚至在某些應用上，已提出+0.5 nm的要求。這樣對于芯片廠(chǎng)就產(chǎn)生了巨大的壓力，在芯片銷(xiāo)售前必須進(jìn)行嚴格的分選。

從以上關(guān)于LED與LED芯片分選取的分析中可以看出，比較經(jīng)濟的做法是對LED進(jìn)行測試分選。但是由于LED的種類(lèi)繁多，有不同的形式，不現的形狀，不同的尺寸，不同的發(fā)光角度，不同的客戶(hù)要求，不同的應用要求，這使用權得完全通過(guò)LED測試分選取進(jìn)行產(chǎn)品的分選變得很難操作。而且目前LED的應用主要分布在幾個(gè)波長(cháng)段和亮度段的范圍，一個(gè)封裝廠(chǎng)很難準備全部客戶(hù)需要的各種形式和種類(lèi)的LED.所以問(wèn)題的關(guān)鍵又回到MOCVD的外延工藝過(guò)程，如何生長(cháng)出所需波長(cháng)及亮度的LED外延片是降低成本的關(guān)鍵點(diǎn)，這個(gè)問(wèn)題不解決，LED的產(chǎn)能及成本仍將得不到完全解決。但在外延片的均勻度得到控制以前，比較行之有效的方法是解決快速低成本的芯片分選問(wèn)題。

2、分選設備

目前，LED芯片的測試分選設備主要由美國和日本廠(chǎng)商提供，而LED的測試分選設備大多由臺灣地區、香港廠(chǎng)商提供，中國大陸還沒(méi)有能提供類(lèi)似設備的廠(chǎng)家。LED芯片分選機主要包括兩大硬件部分(機器手、微探針和光電測試儀)和一套系統軟件，而這三部分分別由不同廠(chǎng)家提供再集成起來(lái);而LED測試分選取機則包括LED的機械傳輸，儲存和光電測試兩部分。

3、LED分選取技術(shù)發(fā)展趨勢

(1)在外延片的均勻度得到控制以前，研發(fā)快速低成本芯片分選工藝和設備。

(2)隨著(zhù)W級功率LED技術(shù)的發(fā)展，傳統LED產(chǎn)品參數檢測標準及測試方法已不能滿(mǎn)足照明應用的需要，須開(kāi)發(fā)全新的測試標準和方法，包含更多的與照明相關(guān)的光學(xué)內容。

(3)在LED系統壽命測試中，研發(fā)LED系統的長(cháng)期性能和壽命快速測定價(jià)技術(shù)。

(4)照明用LED是處于大電流驅動(dòng)下工作，這就對其提出更高的可靠性要求。傳統LED的篩選方式不合適照明用大功率LED,必須開(kāi)發(fā)新的篩選試驗辦法，剔除早期失效品，保證產(chǎn)品的可靠性。