淺談借助靜電測試提高LED品質

LED應用已擴大至各個領域，包含LCD Backlight、手機Backlight、號志燈、藝術照明、建筑物照明及舞臺燈光控制、家庭照明等領域，根據DIGITIMES Reasearch調查，2010~2015的需求成長高達30%，因此促使LED產能的大幅增加。隨著LED應用環境的多元復雜化，LED下游商對上游晶粒品質的要求日趨嚴苛，如LED耐靜電測試（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境。所以高壓LED耐靜電測試為目前LED晶粒點測機中，急待開發的關鍵模組。

　　環境中各種不同模式的靜電，包含人體靜電或機械靜電，均會對LED造成損壞。當靜電通過感應或直接觸碰于LED的兩個引腳上的時候，電位差將直接作用在LED兩端，而電壓超過LED的承受值時，靜電電荷以極短時間內在LED兩個電極間進行放電，造成LED絕緣部位損壞，產生漏電或短路等現象。所以固態技術協會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）與機器裝置放電模式（Machinemodel，MM）的測試規范，來確保LED產品的品質。但購買國外高壓產生器搭配充放電切換電路，并整合Prober與自動化移動平臺主要缺點為反應速度慢（0至4kV上升時間500ms），且未考量探針的高壓絕緣，所以有晶粒分類速度慢及測試波型穩定性不足等嚴重問題，常會擊穿LED或充放電模組，如圖1，或機臺高壓測試性不足，出貨后仍被高壓靜電損壞，直接影響LED成品品質。加上晶圓上2萬~4萬顆晶粒測量的時間常費時超過1小時，需要縮短檢測時間以提高產能。因此本文透過開發針高速大動態范圍LED晶圓靜電量測模組，于高速多電壓切換高壓產生組件設計使用動態范圍控制電路與PID回授控制，以高電壓動態范圍（250V-8kV）及高速靜電測試（80ms），如圖2A與圖2B，來滿足國內LED產業需求，達成降低成本與關鍵模組自制化之目的。

圖1 LED遭靜電損害

圖2A 高速大動態范圍靜電量測模組短路靜電測試電流波形

圖2B 高速多電壓切換高壓產生組件電測試輸出電壓波形

　　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；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：