一、前语
LED运用已扩展至各个范畴，包含LCD Backlight、手机Backlight、号志灯、艺术照明、建筑物照明及舞台灯光操控、家庭照明等范畴，依据DIGITIMES Reasearch查询，2010~2015的需求生长高达30%，因而促进LED产能的大幅添加。跟着LED运用环境的多元复杂化，LED下流商对上游晶粒质量的要求日趋苛刻，如LED耐静电测验(ELectrostatic Discharge, ESD)的电压值就从本来4kV要求，逐步进步到8kV，以忍受野外的恶劣环境。所以高压LED耐静电测验为现在LED晶粒点测机中，急待开发的要害模组。
环境中各种不同方式的静电，包含人体静电或机械静电，均会对LED构成损坏。当静电通过感应或直触摸碰于LED的两个引脚上的时分，电位差将直接作用在LED两头，而电压超越LED的接受值时，静电电荷以极短时刻内涵LED两个电极间进行放电，构成LED绝缘部位损坏，发生漏电或短路等现象。所以固态技能协会JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)于JESD22-A114E、JESD22-A115A中，拟定人体静电放电方式(Human Body Model，HBM)与机器设备放电方式(Machine model，MM)的测验标准，来保证LED产品的质量。但购买国外高压发生器调配充放电切换电路，并整合Prober与自动化移动渠道首要缺陷为反响速度慢(0至4kV上升时刻500ms)，且未考量探针的高压绝缘，所以有晶粒分类速度慢及测验波型稳定性缺乏等严重问题，常会击穿LED或充放电模组，如图1，或机台高压测验性缺乏，出货后仍被高压静电损坏，直接影响LED成质量量。加上晶圆上2万~4万颗晶粒丈量的时刻常费时超越1小时，需求缩短检测时刻以进步产能。因而本文透过开发针高速大动态规模LED晶圆静电量测模组，于高速多电压切换高压发生组件规划运用动态规模操控电路与PID回授操控，以高电压动态规模(250V-8kV)及高速静电测验(80ms)，如图2A与图2B，来满意国内LED工业需求，达到下降成本与要害模组克己化之意图。
图1 LED遭静电危害
图2A 高速大动态规模静电量测模组短路静电测验电流波形
图2B 高速多电压切换高压发生组件电测验输出电压波形
二、LED晶圆静电量测模组体系架构
本文开发高速大动态规模LED晶圆静电量测模组如图3，针对晶粒的耐静电电压进行全检测验，依LED耐静电电压的巨细，进行LED等级分类。此静电点测全检模组包含测验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。以测验探针渠道移动两探针触摸待测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方式或机器设备放电方式测验电压准位，充放电模组贮存高压发生器电荷后对待测LED进行静电耐压测验，最终软件分类组件显现静电测验成果。本技能针对现有国内LED晶圆静电量测模组动态规模缺乏(500V至4000V)与国外模组电压切换时刻过慢(0V至4kV上升时刻约500ms)之问题，规划成高速大动态规模LED晶圆静电量测模组，使输出电压可包含标准静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大动态规模﹔并缩短低电压切换至高电压上升时刻至80ms以内，以达高速与大动态规模LED晶粒线上检测与分类意图。
图3 高速大动态规模LED晶圆静电量测模组体系图各首要组件规划考虑关键如下:
1. 测验探针组件规划部份
测验探针组件用于传送电压与电流，探针外绝缘维护可防止漏电流发生，从而进步静电量测准确度。
绝缘规划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以及由不同介质构成的组合绝缘。尽管外部大气条件对内绝缘根本没有影响，但资料的老化、高温、接连加热以及受潮等要素对内绝缘的绝缘强度却有晦气的影响，一起内绝缘若发生击穿，它的绝缘强度也不能自行康复。外绝缘则指在直接与大气相触摸的条件下作业，所构成的各种不同方式的绝缘，包含空气空隙和模组固体绝缘的显露外表。外绝缘的杰出特点是在放电中止后，其绝缘强度一般能迅速地彻底康复，并与重复放电的次数无关。而外绝缘的绝缘强度和外部大气条件密切相关，会受大气温度、压力、湿度等多种要素的影响；以大气为例，一般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%，因而规划上将由温湿度构成预算资料绝缘强度改变规模，并以此规划耐压所需保存之安全距离。
探棒绝缘检测能够绝缘强度实验来确认。实验包含耐压实验和击穿实验两种。耐压实验是对试件施加必定电压，通过一段时刻后，以是否发生击穿作为判别实验合格与否的标准。击穿实验是在必定条件下逐步增高施加于试件上的电压，直到试件发生击穿停止。
2. 高速多电压切换高压发生组件与充放电组件
此组件部份规划包含操控回路稳定性规划与搅扰防制，操控回路稳定性作业包含元件模型树立、稳定性条件剖析、回路稳定性测验等。搅扰防制办法为下降寄生电容，电路板寄生电容值巨细值与电路板布线线路几许方位、线路宽度、电路板绝源原料有关，为下降线路寄生电容于规划时首先将易受搅扰点标明，走线时以此标明点方位为优先布线考量，不易受搅扰线路最终布线。
3. 软件组件部份
操控探针下针方位，触发高压发生器的充放电模组，操控输入的电压充电完结后对待测LED放电并量测成果显现。
三、LED晶圆静电量测模组体系拼装与测验成果
完结高压发生器沟通电压调变电路规划制造如图4，运用高压探棒实践量测沟通电压振幅峰对峰6.26kV－最大沟通振幅:3.13kV，测验验证成果直流电压值最大值8.08kV ，于8kV电压经由短路输出端短路电流测验于放电电阻:1500 Ω +/- 1%条件下，峰值电流达5.46A (理论值:8000/1500=5.33)。完结LED静电点测模组标准验证于静电电压4Kv并于以下测验条件:
(1)常温、常湿、大气环境下
(2)测验探棒:频宽大于1 GHz电流探棒
(3)充电%&&&&&%: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次成果如下:
峰值电流量测理论值2.66A于一小时后峰值电流2.70A，偏移量1.5%，满意测验标准峰值电流2.40~2.96A@4kV与HBM负载短路上升时刻2.0~10ns@4kV。
图4 高压发生器完结电路模组
四、定论
本文对所开发高速大动态规模LED晶圆静电量测模组，使输出电压可包含标准静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大动态规模﹔并缩短低电压切换至高电压上升时刻至80ms以内，未来将进行小型试量产与至客户端进行耐久测验，并视商品化需求进行修正，以达高速与大动态规模LED晶粒线上检测与分类意图。于运用方面除可用于LED静电测验外主，调配探针点测技能可运用于半导体BGA、CSP(Chip Scale Package)、FC(Flip Chip)细小元件晶圆静电测验。进一步运用包含可用于X-ray Tubes、Photomultiplier Tubes、Electron Beam Focusing等。
