静电测试技术在LED品格晋升的应用

              
一、前言

LED应用已扩大至各个领域,包含LCD Backlight、手机Backlight、号志灯、艺术照明、修建物照明及舞台灯光节制、家庭照明等领域,根据DIGITIMES Reasearch调查,2010~2015的必要睁开高达30%,因此促使LED产能的大幅增长。跟着LED应用环境的多元复杂化,LED下流商对下流晶粒品德的请求日趋严苛,如LED耐静电测试(Electrostatic Discharge, ESD)的电压值就从原本4kV请求,逐渐提高到8kV,以容忍户外的恶劣环境。所以高压LED耐静电测试为目前LED晶粒点测机中,急待开拓的关键模组。

环境中各种分歧情势的静电,包含人体静电或机械静电,均会对LED形成损坏。当静电颠末过程感应或间接触碰于LED的两个引脚上的时候,电位差将间接感化在LED两端,而电压超过LED的承受值时,静电电荷以极短光阴内在LED两个电极间停止放电,形成LED绝缘部位损坏,发生漏电或短路等现象。所以固态技术协会JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)于JESD22-A114E、JESD22-A115A中,制定人体静电放电情势(Human Body Model,HBM)与机械装配放电情势(Machine model,MM)的测试尺度,来确保LED产品的品格。但购买外洋高压发生器搭配充放电切电路,并整合Prober与主动化移动平台重要缺点为反应速率慢(0至4kV上升光阴500ms),且未考量探针的高压绝缘,所以有晶粒分类速率慢及测试波型稳固性不敷等重成就,常会击穿LED或充放电模组,如图1,或机台高压测试性不敷,出货后仍被高压静电损坏,间接影响LED制品品格。加上晶圆上2万~4万颗晶粒测量的光阴常费时超过1小时,必要缩短检测光阴以提高产能。因此本文透过开拓针高速大静态规模LED晶圆静电量测模组,于高速多电压切换高压发生组件设计应用静态规模节制电路与PID回授节制,以高电压静态规模(250V-8kV)及高速静电测试(80ms),如图2A与图2B,来称心国内LED产业必要,杀青低落本钱与关键模组自制化之偏向。

图1 LED遭静电损害

图2A  高速大静态规模静电量测模组短路静电测试电流波形

图2B  高速多电压切换高压发生组件电测试输入电压波形

二、LED晶圆静电量测模组体系架构
 
本文开拓高速大静态规模LED晶圆静电量测模组如图3,针对晶粒的耐静电电压停止全检测试,依LED耐静电电压的大小,停止LED级别分类。此静电点测全检模组包含测试高速多电压切换高压发生组件、探针组件、充放电组件、软件分类组件。以测试探针平台移动两探针接触待测LED之正负电极上,高速多电压切换高压发生组件依软件电控程式设定发生人体静电放电情势或机械装配放电情势测试电压准位,充放电模组储存高压发生器电荷后看待测LED停止静电耐压测试,末了软件分类组件显示静电测试结果。本技术针对现有国内LED晶圆静电量测模组静态规模不敷(500V至4000V)与外洋模组电压切换光阴过慢(0V至4kV上升光阴约500ms)之成就,设计成高速大静态规模LED晶圆静电量测模组,使输入电压可涵盖尺度静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大静态规模﹔并缩短低电压切换至高电压上升光阴至80ms以内,以达高速与大静态规模LED晶粒线上检测与分类偏向。

图3  高速大静态规模LED晶圆静电量测模组体系图

各重要组件设计考虑要点如下:

1. 测试探针组件设计部份

测试探针组件用于传送电压与电流,探针外绝缘掩护可防止漏电流发生,进而提高静电量测精确度。

绝缘设计上分为分为内绝缘和外绝缘两大类。内绝缘为模组内部的绝缘。包含固体介质的绝缘和由分歧介质构成的组合绝缘。虽然内部大气条件对内绝缘基本没有影响,但资料的老化、高温、连续加热和受潮等因素对内绝缘的绝缘强热从胁焕的影响,同时内绝等舴⑸鞔,它的绝缘强度也不能自行规复。外绝缘则指在间接与大气相接触的条件下工作,所构成的各种分歧情势的绝缘,包含空气间隙和模组固体绝缘的外露外面。外绝缘的特出特色是在放电停止后,其绝缘强度通常能敏捷地完全规复,并与重复放电的次数无关。而外绝缘的绝缘强度和内部大气条件密切相干,会受大气温度、压力、湿度等多种因素的影响;以大气为例,一样平常大气中的绝缘强度约30kV/cm,有水滴存在时约为10kV/cm,温度由室温上升至摄氏100度时,绝缘强度降为80%,因此设计上将由温湿度形成估算资料绝缘强度变更规模,并以此设计耐压所需保留之平安间距。

探棒绝缘检测可以或许绝缘强度试验来确定。试验包含耐压试验和击穿试验两种。耐压试验是对试件施加一定电压,颠末一段光阴后,以是否发生击穿作为判断试验合格与否的模范。击穿试验是在一定条件下逐渐增高施加于试件上的电压,直到试件发生击穿为止。

2. 高速多电压切换高压发生组件与充放电组件

此组件部份设计包含节制回路稳固性设计与干扰防制,节制回路稳固性工作包含元件模子树立、稳固性条件阐发、回路稳固性测试等。干扰防制办法为低落寄生电容,电路板寄生电容值大小值与电路板布线线路几何地位、线路宽度、电路板绝源材质无关,为低落线路寄生电容于设计时首先将易受干扰点标示,走线时以此标示点地位为优先布线考量,不易受干扰线路末了布线。

3. 软件组件部份

节制探针下针地位,触发高压发生器的充放电模组,节制输入的电压充电实现后看待测LED放电并量测结果显示。

三、LED晶圆静电量测模组体系组装与测试结果

实现高压发生器交换电压调变电路设计制作如图4,应用高压探棒实际量测交换电压振幅峰对峰6.26kV-最大交换振幅:3.13kV,测试验证结果直流电压值最大值8.08kV ,于8kV电压颠末短路输入端短路电流测试于放电电阻:1500 Ω +/- 1%条件下,峰值电流达5.46A (实践值:8000/1500=5.33)。实现LED静电点测模组规格验证于静电电压4Kv并于如下测试条件:

(1)常温、常湿、大气环境下

(2)测试探棒:频宽大于1 GHz电流探棒

(3)充电电容:100 pF +/- 10% (effective capacitance)

(4)放电电阻:1500 Ω +/- 1%

重复量测HBM短路峰值电流5次结果如下:

峰值电流量测实践值2.66A于一小时后峰值电流2.70A,偏移量1.5%,称心测试尺度峰值电流2.40~2.96A@4kV与HBM负载短路上升光阴2.0~10ns@4kV。

图4 高压发生器实现电路模组

四、结论

本文对所开拓高速大静态规模LED晶圆静电量测模组,使输入电压可涵盖尺度静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大静态规模﹔并缩短低电压切换至高电压上升光阴至80ms以内,未来将停止小型试量产与至客户端停止耐久测试,并视商品化必要停止修改,以达高速与大静态规模LED晶粒线上检测与分类偏向。于应用方面除可用于LED静电测试外主,搭配探针点测技术可应用于半导体BGA、CSP(Chip Scale Package)、FC(Flip Chip)微小元件晶圆静电测试。进一步应用包含可用于X-ray Tubes、Photomultiplier Tubes、Electron Beam Focusing等。

(作者:工研院量测中央/涂钟范)

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