LED芯片测试方法-浙江大学.pdf

1、半半导体发光二极管芯片测试方法导体发光二极管芯片测试方法浙江大学鲍超国家半导体器件质量监督检验中心 刘东月浙江大学鲍超国家半导体器件质量监督检验中心 刘东月国家半导体器件质量监督检验中心内 容 简 介内 容 简 介一国内外发展现状一国内外发展现状二制定标准的重要性和必要性二制定标准的重要性和必要性三适用范围三适用范围四术语、定义和符号四术语、定义和符号五测试条件五测试条件六芯片点亮条件六芯片点亮条件七测试方法七测试方法八芯片发光强度测试系统校准程序八芯片发光强度测试系统校准程序国家半导体器件质量监督检验中心一国内外发展现状一国内外发展现状发光二极管（LED）芯片的发展是LED产业发展的基础，国

2、际LED标委会一直在努力制定LED器件的测试标准，这些标准不仅对规范LED器件的测试起到了指导作用，同时对LED行业的快速发展也起到了很大的推动作用。我国现有的与半导体分立器件芯片相关的总规范主要有以下3个，目前国际上还没有LED 芯片测试方法的标准。1.SJ/T 10416-1993 半导体分立器件芯片总规范2.GJB2438A-2002 混合集成电路通用规范3.Q/AT21001-2005 半导体分立器件芯片通用规范国家半导体器件质量监督检验中心二制定标准的重要性和必要性二制定标准的重要性和必要性LED 芯片测试方法还没有相应的标准，这样LED芯片作为产品交货时，缺乏相应的技术要求来规范产

3、品的质量等级和性能要求。往往是等到封装后测试才知道芯片的指标能否满足要求，这样不仅造成了人力物力的浪费，也增加了评价产品性能优劣的周期。准确测试LED芯片各项参数对LED器件的各个生产环节都起着极为重要的作用，为了推进和规范LED芯片测试方法，必须制定产业界切实有效的LED芯片测试方法的标准。国家半导体器件质量监督检验中心三适用范围三适用范围本标准规定了半导体发光二极管芯片（以下简称芯片）的辐射度学、光度学、色度学、电学、热学参数以及电磁兼容性的测试方法。本标准适用于可见光半导体发光二极管芯片。紫外光和红外光发光二极管芯片以及外延片的测试可参考执行。国家半导体器件质量监督检验中心四术语、定义和

4、符号四术语、定义和符号1.发光二极管芯片chip of light emitting diode 除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管芯片。2.探针台probe station将钨质探针压在芯片的电极上，完成与芯片的电气连接的装置.国家半导体器件质量监督检验中心五测试条件五测试条件除非另有规定，芯片的电参数测量应按本标准规定的条件进行。1.标准大气条件温度：15 35 相对湿度：20 RH 80RH气压：86 kPa106 kPa2.仲裁试验的标准大气条件温度：25 1 相对湿度：48 RH 52 RH气压：86 kPa106 kPa国家半导体器件质量监督检验中心五测试条

5、件五测试条件3.环境条件a）测量环境应无影响测试准确度的机械振动、电磁和光照等干扰；b）除非另有规定，器件全部光电参数均应在热平衡下进行(要有足够测试预热时间)；c）测量系统应接地良好。4.测量设备测量设备的不确定度应符合相关规范的技术要求并检定合格。在检定周期内，按有关操作规程进行测量。国家半导体器件质量监督检验中心六芯片点亮条件六芯片点亮条件1.探针台：LED芯片点亮时的结温变化对LED电参数、光和辐射能量、光的波长和颜色等都会有很大影响，同时，裸芯片点亮时的探针、基底等都有不稳定的因数，因此点亮和测试芯片时应该作出规定，保证可以得到稳定可靠的测试数据。2.点亮方式：测试LED芯片时，将钨

6、质探针压在芯片的电极上，完成与芯片的电气连接。国家半导体器件质量监督检验中心六芯片点亮条件六芯片点亮条件3.驱动方式：驱动和测量LED芯片时，可用以下两种方式：a）恒定电流驱动,稳态测试用达到规定稳定度的恒流源点亮芯片，恒定电流应在规定值的1以内；待达到稳态热平衡后测量各项参数。要求芯片自身发热及周围温度变化时对测定值影响最小。b）脉冲电流驱动,瞬态测试使用脉冲电流驱动LED芯片，规定电流脉冲的宽度和占空比，脉冲宽度要大于芯片结温热平衡时间。在驱动脉冲持续期内快速测量芯片各项参数。输入脉冲频率和占空比的允许偏差应在2以内。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法1.发光强度发光强度图

7、1 LED芯片发光强度测量原理图图2光学显微镜摄像测量系统示意图DUT被测LED芯片；G电流源；PD包括面积为A的光阑D1的光度探测器；D2、D3消除杂散光光栏，D2、D3不应限制探测立体角；d被测器件与光阑D1之间的距离。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法-发光强度发光强度光度探测器的光谱灵敏度在被测器件发射的光谱波长范围内应该校准到与CIE标准光度观测者光谱光视效率函数V()一致；测试辐射参数时应采用无光谱选择性的光探测器。测试系统应该按距离d和光阑D1用标准器校正。测量距离d必须大于探测器直径5-10倍。调整被测器件使它的机械轴通过探测器孔径的中心。对于脉冲测量，电流源应

8、该提供所要求的幅度、宽度和重复率的电流脉冲。探测器上升时间相对于脉冲宽度应该足够小，系统应该是一个峰值测量仪器。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法-发光强度发光强度 测量步骤测量步骤将钨质探针压在芯片的电极上，完成与芯片的电气连接。给被测芯片加上规定的电流，按规定时间预热后，用光度测量系统测量LED芯片发光强度。规定条件规定条件环境温度和合适的大气条件；正向电流；脉冲宽度和占空比（适用时）；预热时间。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法2.峰值波长、光谱带宽、相对光谱功率分布和重心波长峰值波长、光谱带宽、相对光谱功率分布和重心波长图图3峰值发射波长、光谱带宽、相对

9、光谱功率分布测量原理峰值发射波长、光谱带宽、相对光谱功率分布测量原理D被测LED芯片；L聚焦透镜系统；G电流源（直流或脉冲）；D2、D3消除杂散光光栏；M单色仪；RM包括光阑D1的辐射探测系统。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法注：单色仪的波长分辨力和带宽应该使测试有合适的精度。辐射探测系统的光谱响应应该校准。为便于测量，曲线的峰值可以用100%表示。如果单色仪的光谱透过率和辐射探测系统的光谱灵敏度不是常数，记录的测试数据应该修正。国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法测量步骤测量步骤在需要的光谱范围内按规定间隔调整单色仪的波长，辐射测量系统读出每个波长读数，获得被

10、测器件的相对光谱辐射功率分布，如图4。在相对光谱辐射功率分布中最大相对辐射功率（100%）对应的波长即峰值波长（），然后选取峰值波长辐射功率的一般（50%）所对应的波长波长1和2，两者之差就是光谱辐射带宽。图4 相对光谱辐射功率分布)(XsP国家半导体器件质量监督检验中心七测试方法七测试方法按照要求的波长间隔分别测量记录每个波长时的光谱功率数值，即是光谱功率分布。获得被测芯片的相对光谱功率分布，按下式计算得到重心波长：P)(Xsdsdsxxc2121)(/)(国家半导体器件质量监督检验中心八芯片发光强度测试系统校准程序八芯片发光强度测试系统校准程序图5 芯片测量校准原理LED裸芯片测试时，探针

11、会挡光，以及通常发光强度测量引进的误差都会影响裸芯片最后测试的结果。规定统一的校准方法是保证测试结果一致性的保证。测量原理国家半导体器件质量监督检验中心八芯片发光强度测试系统校准程序八芯片发光强度测试系统校准程序校准步骤 1.按本标准方法使用探针点亮芯片，用芯片测量系统测得芯片的发光强度读数值为。假定影响探针点亮芯片的光强主要因素是探针，则；这里是探针影响系数，是芯片虚拟光强。它表示没有探针和引线影响的理想芯片的发光强度。2.将此已检测芯片封装在TO5标准管壳中，无任何光学系统。用标准光强测试系统测量发光强度读数得。假定影响芯片点亮的主要因数是引线，则，这里为引线影响系数。pinVVkII1p

12、ink1VIVI1VSIlineVVSkII1linek国家半导体器件质量监督检验中心八芯片发光强度测试系统校准程序八芯片发光强度测试系统校准程序由此可以测得:注：由于芯片测试系统测量的不确定性，芯片参数之间的比较有困难，该方法也可用于不同测试系统、类似产品之间的参数比对。它表示任何一个裸芯片在芯片测试系统中测得光强为，它相当于封装后器件(真实)光强值为，则有下述关系：11VSlinepinVIkkIiVSVSVVSlinepiniVIIIIkkI11iVIiVSI国家半导体器件质量监督检验中心说明说明以下参数的测试方法和SJ/T 113942009半导体发光二极管测试方法中的方法相同。电参数：正向电压，反向电压，方向电流，总电容。光参数：光通量和光通量效率，辐射通量和辐射效率。光电特性参数：开光时间。颜色特性参数：色品坐标，主波长，刺激纯度，色差。热学特性参数：结温。静电放电敏感性：人体模式的静电放电敏感性测试，机器模式的静电放电敏感性测试。国家半导体器件质量监督检验中心结 束 语结 束 语随着半导体照明产业的蓬勃发展，必须对LED芯片以及产品的测试方法制定相应的标准，希望该LED芯片测试方法的标准可以对LED芯片生产及使用企业提供指导作用。国家半导体器件质量监督检验中心谢 谢！