致茂電子 Chroma ATE Inc.

2010 訊息快遞
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LED測試標準與量產測試實施的分析與介紹
2010/10/14

內容轉載自: DIGITIMES商情


致茂電子,整合系統事業部處長,李靜粼

許多量產時遇到的問題,其實是和量產之前測試未達效果有關,因此測試十分重要。致茂電子整合系統事業部處長李靜粼針對LED光、電和熱的特性分析並提出測試要點,並介紹業界測試方法。

LED由光、電、熱的特性相互影響
李靜粼首先分析,LED的特性分為光、電和熱三大方面,三者又互為相關。其中光的特性包括光形、光質和光量,光質特性為光譜,光量的特性包括光通量、光強度、輻射通量、輻射強度。電的特性包括交流電AC、直流電DC、矽控整流器SCR、靜電放電ESD,其中AC和DC包括電壓和電流特性,ESD包括人體放電模式HBM和機器放電模式MM。熱的特性包括熱阻、熱容和熱傳導。需針對各種特性作測試。

色彩品質以演色性CRI為指標,各種光源中,以白熾燈泡表現最佳,CRI值為100,以傳統CRI來測,LED不高,但對人眼來說差異性並不那麼大。
光的測試中還要考量司乃耳定律Snell’s Law,即光經由不同介質會產生折射或產生全反射。實際現象即是,一顆發光體會受到兩旁物質的影響,因此測試時要採取措施避免誤差。
晶片結構不同也會產生影響,一般來說,為提升光取出率,都會將晶片結構加以改良,例如可以增加紅光發光效率的TIP(Truncated Inverted Pyramid)結構或是表面粗化技術等。
晶片間距對量測也會有所影響,多晶片環境下測試和單一晶片會有所不同,晶片間距離愈小,亮度愈高。LED出光場型也有所影響,不同的場型,即使光通量一致,光強度也會有所不同,若測試只偏重一方,就需要經過校正。測試上還要注意發光均勻性的問題,即使一顆晶片,經由螢光粉激發的光也有均勻性的問題,不同的晶片差異性更大。
LED電性特性方面,分析LED I-V特性測量曲線,若因閘流體效應造成不平滑曲線,即須將順向偏壓提高到一定的程度以導通發光。反之也需測得崩潰電流是多少。
靜電有可能造成LED的損壞;有時是因為人以手來接觸,有時是因為機器而產生的靜電放電,都會使ESD Pulse竄入半導體內部,使絕緣部位損壞,可能造成負向電壓提早崩潰,需測知是否產生損壞,否則久而久之LED裝置會產生衰減。另外,LED因為是能隙相關,會受到材料不同而改變,當溫度升高時,能隙會下降,因而產生波長差異。

量測參考標準

光強量測標準採用CIE 127 : 2007,當拉遠來量,夾角就會變小,待測體也更接近點光源,發光面積大小不同,使用不同的標準。另外要注意的是,待測體的機械中心不一定光最強,光最強的地方在光學中心。
光通量的計算,若以感測器繞每一個角度來計算,相當費時而且成本高昂,因此可以使用積分球來計算。並且透過補助LED,來進行標準LED的校正。Partial Flux開口的距離和大小會對測試結果有所影響,這方面有嚴謹的規定。另外,測量輻射通量密度Irradiance,則可以由相對面積計算光照度。
量測電性特性會受到閘流體Thyristor行為效應的影響,Thyristor最早是由美軍方所使用,適用於所有4層半導體,LED所發生的現象與Thyristor類似。目前參考的標準為MIL-STD-750E Method 4026.3: Forward recovery voltage and time.及Lumileds’ Application Brif AB22 Test Conditions For P3 series TS AlInGaP LED Chips。
ESD因引發原因而要作不同測試,MM用來模擬製程中機器碰觸元件的靜電放電防護能力,所用的判斷標準為ESDA STM5.2,JEDEC EIA/JESD22-A115,及Q100-003-Rev-C。HBM模擬元件對人體或人體對元件靜電放電的防護能力,CDM模擬元件本身所帶電對地面接觸時放電的防護能力,也都各有其判斷標準。
業界實際量產測試項目,光特性傳統LED測光強度,LED背光和固態照明測光通量,另外還有光譜特性。電特性測順向電壓Vf、逆向電壓Vr、漏電流和ESD測試、SCR。熱特性目前還在研發階段作測試,量產階段尚無測試。