淺談借助靜電測(cè)試提高LED品質(zhì)

LED應(yīng)用已擴(kuò)大至各個(gè)領(lǐng)域，包含LCD Backlight、手機(jī)Backlight、號(hào)志燈、藝術(shù)照明、建筑物照明及舞臺(tái)燈光控制、家庭照明等領(lǐng)域，根據(jù)DIGITIMES Reasearch調(diào)查，2010~2015的需求成長(zhǎng)高達(dá)30%，因此促使LED產(chǎn)能的大幅增加。隨著LED應(yīng)用環(huán)境的多元復(fù)雜化，LED下游商對(duì)上游晶粒品質(zhì)的要求日趨嚴(yán)苛，如LED耐靜電測(cè)試（Electrostatic Discharge，ESD）的電壓值就從原本4kV要求，逐漸提高到8kV，以容忍戶外的惡劣環(huán)境。所以高壓LED耐靜電測(cè)試為目前LED晶粒點(diǎn)測(cè)機(jī)中，急待開發(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(jī)械靜電，均會(huì)對(duì)LED造成損壞。當(dāng)靜電通過(guò)感應(yīng)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(nèi)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(xiàn)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(jī)器裝置放電模式（Machinemodel，MM）的測(cè)試規(guī)范，來(lái)確保LED產(chǎn)品的品質(zhì)。但購(gòu)買國(guó)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(tái)主要缺點(diǎn)為反應(yīng)速度慢（0至4kV上升時(shí)間500ms），且未考量探針的高壓絕緣，所以有晶粒分類速度慢及測(cè)試波型穩(wěn)定性不足等嚴(yán)重問(wèn)題，常會(huì)擊穿LED或充放電模組，如圖1，或機(jī)臺(tái)高壓測(cè)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(cè)量的時(shí)間常費(fèi)時(shí)超過(guò)1小時(shí)，需要縮短檢測(cè)時(shí)間以提高產(chǎn)能。因此本文透過(guò)開發(fā)針高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測(cè)模組，于高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件設(shè)計(jì)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(cè)試（80ms），如圖2A與圖2B，來(lái)滿足國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)需求，達(dá)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(cè)模組短路靜電測(cè)試電流波形

圖2B 高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件電測(cè)試輸出電壓波形

　　LED晶圓靜電量測(cè)模組系統(tǒng)架構(gòu)

　　本文開發(fā)高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測(cè)模組如圖3，針對(duì)晶粒的耐靜電電壓進(jìn)行全檢測(cè)試，依LED耐靜電電壓的大小，進(jìn)行LED級(jí)別分類。此靜電點(diǎn)測(cè)全檢模組包含測(cè)試高速多電壓切換高壓產(chǎn)生組件、探針組件、充放電組件、軟件分類組件。以測(cè)試探針平臺(tái)移動(dòng)兩探針接觸待測(cè)LED之正負(fù)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(shè)定產(chǎn)生人體靜電放電模式或機(jī)器裝置放電模式測(cè)試電壓準(zhǔn)位，充放電模組儲(chǔ)存高壓產(chǎn)生器電荷后對(duì)待測(cè)LED進(jìn)行靜電耐壓測(cè)試，最后軟件分類組件顯示靜電測(cè)試結(jié)果。本技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)LED晶圓靜電量測(cè)模組動(dòng)態(tài)范圍不足（500V至4000V）與國(guó)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(shè)計(jì)成高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測(cè)模組，使輸出電壓可涵蓋規(guī)范靜電分類之最小電壓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以內(nèi)，以達(dá)高速與大動(dòng)態(tài)范圍LED晶粒線上檢測(cè)與分類目的。

圖3 高速大動(dòng)態(tài)范圍LED晶圓靜電量測(cè)模組系統(tǒng)圖

　　各主要組件設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)如下：