典型高亮度LED生產(chǎn)環(huán)節全方位測試方案

高亮發(fā)光二極管(High brightness light emitting diodes，HBLED)綜合具備了高輸出、高效率和長(cháng)壽命等優(yōu)勢。制造商們正在開(kāi)發(fā)可以實(shí)現光通量更高、壽命更長(cháng)、色彩更豐富而且單位功率發(fā)光度更高的器件。要確保其性能和可靠性，就必須在生產(chǎn)的每個(gè)階段實(shí)施精確的、成本經(jīng)濟的測試。

圖1示出了典型的二極管的電I-V特性曲線(xiàn)。雖然一個(gè)完整的測試程序可以包括數百個(gè)點(diǎn)，但對一個(gè)有限的樣本的探查一般就足以提供優(yōu)值。許多HBLED測試需要以一個(gè)已知的電流信號源驅動(dòng)器件并相應測量其電壓，或者反過(guò)來(lái)。同時(shí)具備了可同步動(dòng)作的信號源和測量功能可以加速系統的設置并提升吞吐率。測試可以在管芯層次(圓片和封裝)或者模塊/子組件水平上進(jìn)行。在模塊/子組件水平上，HBLED可以采取串聯(lián)和/或并聯(lián)方式;于是一般需要使用更高的電流，有時(shí)達50A或者更高，具體則取決于實(shí)際應用。有些管芯級的測試所用的電流在5～10A的范圍內，具體取決于管芯的尺寸。

圖1典型的HBLED DC I-V曲線(xiàn)和測試點(diǎn)(未按比例繪出)

1 正向電壓測試

要理解新的結構單元材料，如石墨烯、碳納米管、硅納米線(xiàn)或者量子點(diǎn)，在未來(lái)的電子器件中是如何發(fā)揮其功效的，就必須采用那些能在很寬范圍上測量電阻、電阻率、遷移率和電導率的計測手段。這常常需要對極低的電流和電壓進(jìn)行測量。對于那些力圖開(kāi)發(fā)這些下一代材料并使之商業(yè)化的工程師而言，在納米尺度上進(jìn)行精確的、可重復的測量的能力顯得極為重要。

2 漏電流測試

當施加一個(gè)低于擊穿電壓的反向電壓時(shí)，對HBLED兩端的漏電流(IL)的測量一般使用中等的電壓值。在生產(chǎn)測試中，常見(jiàn)的做法是僅確保漏電流不不至于超過(guò)一個(gè)特定的閾值。

3 提升HBLED的生產(chǎn)測試的吞吐率

過(guò)去，HBLED的生產(chǎn)測試的所有環(huán)節都由單臺PC來(lái)控制。換而言之，在測試程序的每個(gè)要素中，必須針對每次測試配置信號源和測量裝置，并在執行預期的行動(dòng)后，將書(shū)記返回給PC.控制PC根據通過(guò)/不通過(guò)的標準進(jìn)行評估，并決定DUT應歸入哪一類(lèi)。PC發(fā)送指令和結果返回PC的過(guò)程將耗費大量的時(shí)間。

最新一代的智能儀器，包括吉時(shí)利公司最新的大功率2651A系統信號源/測量?jì)x(SourceMeter)，由于可以最大限度減少通信的流量，從而可以大幅度提升測試吞吐率。測試程序的主體嵌入到儀器中的一個(gè)Test處理器(TSP)中，該處理器是一個(gè)用于控制測試步驟的測試程序引擎，內置通過(guò)/不通過(guò)標準、計算和數字I/O的控制。一個(gè)TSP可以將用戶(hù)定義的測試程序存放到存儲器中，并根據用戶(hù)需要來(lái)執行該程序，從而減少了測試程序中每個(gè)步驟的建立和配置時(shí)間。

4 單器件的LED測試系統

元器件操控器將單個(gè)HBLED(或者一組HBLED)運送到一個(gè)測試夾具上，夾具可以屏蔽環(huán)境光，且內帶一個(gè)用于光測量的光電探測器(PD)。需要使用兩個(gè)SMU：SMU#1向HBLED提供測試信號，并測量其電響應;SMU#2則在光學(xué)測量過(guò)程中檢測光電探測器。

測試程序可以被編程設定為，在一根來(lái)自于元器件操控器的數字信號線(xiàn)作為“測試啟動(dòng)”(SOT)控制下啟動(dòng)。當儀器探測到該信號時(shí)，測試程序啟動(dòng)。一旦執行完畢，則讓元器件操縱器的一條數字信號線(xiàn)發(fā)出“測試完畢”的標志。此外，儀器的內建智能可以執行所有的通過(guò)/不通過(guò)操縱并通過(guò)儀器的數字I/O端口發(fā)送數字指令至元器件操縱器，以便讓HBLED能根據通過(guò)/不通過(guò)標準來(lái)對HBLED進(jìn)行分類(lèi)。于是可以通過(guò)編程讓兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)執行：數據傳送至PC進(jìn)行統計處理，而同時(shí)一個(gè)新的DUT運送到測試夾具上。

5 光學(xué)測試

光學(xué)測量中也需要使用正向電流偏置，因為電流與HBLED的發(fā)光量密切相關(guān)?？梢杂霉怆姸O管或者積分球來(lái)捕捉發(fā)射的光子，從而可以測量光功率?？梢詫l(fā)光變換為一個(gè)電流，并用電流計或者一個(gè)信號源-測量單元的單個(gè)通道來(lái)測量該電流。

6 反向擊穿電壓測試

對HBLED施加的反向偏置電流可以實(shí)現反向擊穿電壓(VR)的測試。該測試電流的設置應當使所測得的電壓值不再隨著(zhù)電流的輕微增加而顯著(zhù)上升。在更高的電壓下，反向偏置電流的大幅增加所造成的反向電壓的變化并不顯著(zhù)。VR的測試方法是，在一段特定時(shí)間內輸出低反向偏置電流，然后測量HBLED兩端的電壓降。其結果一般為數十伏特。