靜電測試技術在LED品質提升的應用

二、LED晶圓靜電量測模組系統架構

本文開發高速大動態范圍LED晶圓靜電量測模組如圖3，針對晶粒的耐靜電電壓進行全檢測試，依LED耐靜電電壓的大小，進行LED級別分類。此靜電點測全檢模組包含測試高速多電壓切換高壓產生組件、探針組件、充放電組件、軟件分類組件。以測試探針平臺移動兩探針接觸待測LED之正負電極上，高速多電壓切換高壓產生組件依軟件電控程式設定產生人體靜電放電模式或機器裝置放電模式測試電壓準位，充放電模組儲存高壓產生器電荷后對待測LED進行靜電耐壓測試，最后軟件分類組件顯示靜電測試結果。本技術針對現有國內LED晶圓靜電量測模組動態范圍不足(500V至4000V)與國外模組電壓切換時間過慢(0V至4kV上升時間約500ms)之問題，設計成高速大動態范圍LED晶圓靜電量測模組，使輸出電壓可涵蓋規范靜電分類之最小電壓250V至最大電壓8000V大動態范圍r并縮短低電壓切換至高電壓上升時間至80ms以內，以達高速與大動態范圍LED晶粒線上檢測與分類目的。

圖3 高速大動態范圍LED晶圓靜電量測模組系統圖

各主要組件設計考慮要點如下:

1. 測試探針組件設計部份

測試探針組件用于傳送電壓與電流，探針外絕緣保護可防止漏電流產生，進而提高靜電量測準確度。

絕緣設計上分為分為內絕緣和外絕緣兩大類。內絕緣為模組內部的絕緣。包括固體介質的絕緣以及由不同介質構成的組合絕緣。雖然外部大氣條件對內絕緣基本沒有影響，但材料的老化、高溫、連續加熱以及受潮等因素對內絕緣的絕緣強度卻有不利的影響，同時內絕緣若發生擊穿，它的絕緣強度也不能自行恢復。外絕緣則指在直接與大氣相接觸的條件下工作，所形成的各種不同形式的絕緣，包括空氣間隙和模組固體絕緣的外露表面。外絕緣的突出特點是在放電停止后，其絕緣強度通常能迅速地完全恢復，并與重復放電的次數無關。而外絕緣的絕緣強度和外部大氣條件密切相關，會受大氣溫度、壓力、濕度等多種因素的影響；以大氣為例，一般大氣中的絕緣強度約30kV/cm，有水滴存在時約為10kV/cm，溫度由室溫上升至攝氏100度時，絕緣強度降為80%，因此設計上將由溫濕度造成估算材料絕緣強度變化范圍，并以此設計耐壓所需保留之安全間距。

探棒絕緣檢測可以絕緣強度試驗來確定。試驗包括耐壓試驗和擊穿試驗兩種。耐壓試驗是對試件施加一定電壓，經過一段時間后，以是否發生擊穿作為判斷試驗合格與否的標準。擊穿試驗是在一定條件下逐漸增高施加于試件上的電壓，直到試件發生擊穿為止。

2. 高速多電壓切換高壓產生組件與充放電組件

此組件部份設計包括控制回路穩定性設計與干擾防制，控制回路穩定性工作包括元件模型建立、穩定性條件分析、回路穩定性測試等。干擾防制方法為降低寄生電容，電路板寄生電容值大小值與電路板布線線路幾何位置、線路寬度、電路板絕源材質有關，為降低線路寄生電容于設計時首先將易受干擾點標示，走線時以此標示點位置為優先布線考量，不易受干擾線路最后布線。