淺談借助靜電測試提高LED品質(zhì)

LED應用已擴大至各個(gè)領(lǐng)域，包含LCD Backlight、手機Backlight、號志燈、藝術(shù)照明、建筑物照明及舞臺燈光控制、家庭照明等領(lǐng)域，根據DIGITIMES Reasearch調查，2010~2015的需求成長(cháng)高達30%，因此促使LED產(chǎn)能的大幅增加。隨著(zhù)LED應用環(huán)境的多元復雜化，LED下游商對上游晶粒品質(zhì)的要求日趨嚴苛，如LED耐靜電測試（Electrostatic Discharge，ESD）的電壓值就從原本4kV要求，逐漸提高到8kV，以容忍戶(hù)外的惡劣環(huán)境。所以高壓LED耐靜電測試為目前LED晶粒點(diǎn)測機中，急待開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵模組。

　　環(huán)境中各種不同模式的靜電，包含人體靜電或機械靜電，均會(huì )對LED造成損壞。當靜電通過(guò)感應或直接觸碰于LED的兩個(gè)引腳上的時(shí)候，電位差將直接作用在LED兩端，而電壓超過(guò)LED的承受值時(shí)，靜電電荷以極短時(shí)間內在LED兩個(gè)電極間進(jìn)行放電，造成LED絕緣部位損壞，產(chǎn)生漏電或短路等現象。所以固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì )JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）于JESD22-A114E、JESD22-A115A中，制定人體靜電放電模式（Human Body Model，HBM）與機器裝置放電模式（Machinemodel，MM）的測試規范，來(lái)確保LED產(chǎn)品的品質(zhì)。但購買(mǎi)國外高壓產(chǎn)生器搭配充放電切換電路，并整合Prober與自動(dòng)化移動(dòng)平臺主要缺點(diǎn)為反應速度慢（0至4kV上升時(shí)間500ms），且未考量探針的高壓絕緣，所以有晶粒分類(lèi)速度慢及測試波型穩定性不足等嚴重問(wèn)題，常會(huì )擊穿LED或充放電模組，如圖1，或機臺高壓測試性不足，出貨后仍被高壓靜電損壞，直接影響LED成品品質(zhì)。加上晶圓上2萬(wàn)~4萬(wàn)顆晶粒測量的時(shí)間常費時(shí)超過(guò)1小時(shí)，需要縮短檢測時(shí)間以提高產(chǎn)能。因此本文透過(guò)開(kāi)發(fā)針高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測模組，于高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件設計使用動(dòng)態(tài)范圍控制電路與PID回授控制，以高電壓動(dòng)態(tài)范圍（250V-8kV）及高速靜電測試（80ms），如圖2A與圖2B，來(lái)滿(mǎn)足國內LED產(chǎn)業(yè)需求，達成降低成本與關(guān)鍵模組自制化之目的。

圖1 LED遭靜電損害

圖2A 高速大動(dòng)態(tài)范圍靜電量測模組短路靜電測試電流波形

圖2B 高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件電測試輸出電壓波形

　　LED晶圓靜電量測模組系統架構

　　本文開(kāi)發(fā)高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測模組如圖3，針對晶粒的耐靜電電壓進(jìn)行全檢測試，依LED耐靜電電壓的大小，進(jìn)行LED級別分類(lèi)。此靜電點(diǎn)測全檢模組包含測試高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件、探針組件、充放電組件、軟件分類(lèi)組件。以測試探針平臺移動(dòng)兩探針接觸待測LED之正負電極上，高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件依軟件電控程式設定產(chǎn)生人體靜電放電模式或機器裝置放電模式測試電壓準位，充放電模組儲存高壓產(chǎn)生器電荷后對待測LED進(jìn)行靜電耐壓測試，最后軟件分類(lèi)組件顯示靜電測試結果。本技術(shù)針對現有國內LED晶圓靜電量測模組動(dòng)態(tài)范圍不足（500V至4000V）與國外模組電壓切換時(shí)間過(guò)慢（0V至4kV上升時(shí)間約500ms）之問(wèn)題，設計成高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測模組，使輸出電壓可涵蓋規范靜電分類(lèi)之最小電壓250V至最大電壓8000V大動(dòng)態(tài)范圍；并縮短低電壓切換至高電壓上升時(shí)間至80ms以?xún)?，以達高速與大動(dòng)態(tài)范圍LED晶粒線(xiàn)上檢測與分類(lèi)目的。

圖3 高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測模組系統圖

　　各主要組件設計考慮要點(diǎn)如下：