高性能HBLED的测试技术简介及应用

常需要进行100%的晶圆级测试。标准测试内容包括一种或多种正偏条件(V和I测量)下的光输出强度和光谱、特定电压下的反偏漏流测试以及ESD容限测试。在封装之后，高达100%的器件可能需要再次进行测试，完成最终的特性分析和分拣操作。这些步骤消耗的总测试时间占据了生产吞吐时间的很大一部分。由于HBLED应用需要所有这些测试，所以增大产能的唯一办法就是加快测试速度(即缩短测量时间)。

这与传统LED的测试方法形成了鲜明对比。它们通常是对封装后的器件进行抽样测试，抽样率为1-10%，很少进行晶圆级测试。在这种低抽样率下就可以进行更多测试，例如除了前面提到的HBLED的测试之外，还可以进行远场码型/光轴测试，但是需要测试的器件总数仍然较少，测试时间对产能的影响很小。

测试方法学

HBLED的应用和增加的处理过程需要混合的测试方法和测试仪器。大多数元件测试的主要测量方法是对待测器件(DUT)加载一个电流或电压源，然后测量它对这一激励的响应。

Figure2.TypicalHBLEDL-Icurve.

规格化的光通量/正偏电流(mA)

图2.典型HBLED的L-I曲线

对于HBLED通常进行下列测试：

"发光强度(L)：加载+I，测量L(如图2所示)

"正向电压(Vf)：加载+I，测量Vf(如图3所示)

"反向击穿电压(Vr)：加载-I，测量Vr

"反偏漏流(Ir)：加载-V，测量Ir

"结温(T)：加载I脉冲，测量VT并估算结温

"ESD--静电放电损伤/寿命测试：在一段短时间内加载一个确定的电压，然后重新测试DUT上的反偏漏流。

Figure3.AnHBLEDforwardI-Vcurve.

平均正向电流(mA)/Vf=正向电压(V)

图3.HBLED的正向I-V曲线

正向电压、光谱输出(如图4所示)、发光强度和击穿特性对于器件分拣和正常工作非常重要。我们还需要把这些特性与结温(Tj)联系起来。如图5所示。

Figure4.RelativespectralpowerdistributionsforvariousHBLEDcolors.

品蓝色蓝色蓝绿色绿色/相对光谱功率分布/波长(nm)

图4.各种HBLED色彩的相对光谱功率分布

Figure5.Lightoutputvs.junctiontemperaturederatingcurve.

相对光输出/蓝色光度/品蓝色光度/蓝绿色光度

白色光度/绿色光度/结温TJ(℃)

图5.光输出与结温关系的降负荷曲线

例如，在很多HBLED应用中，多个器件同时安装在一个夹具上并采用并联的布线方式，以实现较大面积的照明。汽车尾灯就是采用这种设计。在这种结构下，确保每个LED的I-V特性相同非常重要。特性差异会引起某些LED产生较大的电流，升高它们的结温，从而导致过早的失效。由于单个器件失效而替换整个LED装置的成本是很高的。通过匹配LED的Vt参数(即在一定结温下测得的电压)可以尽量避免出现这种情况。这一温度可以表示为：

Tj=Ta+DTj,

其中Tj(.

测试仪器

无论是在研发实验室还是在生产环境下，高精度的光谱分析仪(OSA)和单直流源测量单元(SMU)都可以用于对新型的HBLED设计进行特征分析(如图6所示)。在生产过程中对传统LED进行特征分析时，通常使用比较便宜的实验室仪器和自研的测试系统，因为其所需的精度较低，测试速度较慢。这类设备包括比较便宜的电源、用于电气测量的DMM和低价位的分光计，所有的仪器通过GPIB连接在一起。

Figure6.SingleLEDlaboratorytestsystem.

输出HI检测HI/电流源2400系列数字源表/输出LO检测LO

图6.单LED的实验室测试系统

HBLED特征分析的新需求大大改变了对测试仪器的要求。由于具有高精度和高速度的特点，SMU已经成为HBLED特征分析的一种标准仪器。除了速度和精度上的优势之外，SMU的其它特性也非常适合于进行正向电压(Vf)、反向击穿电压(Vr)和反偏漏流(Ir)测试。SMU能够提供四象限电流和电压源，这有助于实现I-V测试和光强度测量。

当HBLED的设计转向生产时，对高速测试的需求也增大了。某种情况下，对单个器件的测试很难更快了，那么为了增大产能，并行器件测试就变成了一个重要的选择。此外，对于器件和量产之间的有效性对比，测量必须是高度可重复的。

Figure7.Keithleymulti-channelHBLEDwafertestsystem.

提供电流源测量电压/提供电流源测量电压/提供电流源测量电压

提供电流源测量电压/LED晶圆/探针台/以太网

图7.吉时利多通道HBLED晶圆测试系统

为了满足这些需求，多台SMU可以通过外部触发线连接在一起。另外一种办法就是采用集成式高精度、高速度多通道SMU系统。如图7所示。这些精密测量系统是针对高产能的需求而设计的，可靠性足以适应生产环境，并且具有提高测试效率的控制功能。

除了探针仪之外，图7中所介绍的仪器完全包含在底板采用机架式安装的一套机箱中。该系统具有实时并行测试和"线路输出"功能(连接晶圆探针仪