基于芯片與封裝的兩種LED分選方法

人眼對(duì)于光的顏色及亮度的分辨率非常高，特別是對(duì)于顏色的差別和變化非常敏感。對(duì)于不同顏色波長(zhǎng)的光人眼的敏感度是不同的。例如，對(duì)于波長(zhǎng)是585nm光，當(dāng)顏色變化大于1nm時(shí)，人眼就可以感覺到;而對(duì)于波長(zhǎng)為650nm的紅光，當(dāng)顏色變化在3nm的時(shí)候，人眼才能察覺到。

在早期，由于LED主要被用作指示或顯示燈用，而且一般以單顆器件出現(xiàn)，所以對(duì)于其波長(zhǎng)的分選和亮度的控制要求并不高。但隨著LED的效率和亮度的不斷提高，其應(yīng)用范圍越來越廣。當(dāng)LED作為陣列顯示和顯示屏器件時(shí)，由于人眼對(duì)于顏色波長(zhǎng)和亮度的敏感性，用沒有分選過的LED變就會(huì)產(chǎn)生不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而影響人們的視覺效果。波長(zhǎng)和光亮度的不均勻都會(huì)給人產(chǎn)生不舒服的感覺。這是各LED顯示器制造廠家都不愿意看到的，也是人們無法接受的。

LED通常按照主波長(zhǎng)、發(fā)光強(qiáng)度、光通亮、色溫、工作電壓、反向擊穿電壓等幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)試與分選。LED的測(cè)試與分選是LED生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)必要工序。目前，它是許多LED芯片和封裝廠商的產(chǎn)能瓶頸，也是LED芯片生產(chǎn)和封裝成本的重要組成部分。

1、LED的分選方法

LED的分選有兩種方法：一是以芯片為基礎(chǔ)的測(cè)試分選，二是對(duì)封裝好的LED進(jìn)行測(cè)試分選。

(1)芯片的測(cè)試分選

LED芯片分選難度很大，主要原因是LED芯片尺寸一般都很小，從9mil到14mil(0.22-0.35nm)。這樣小的芯片需要微探針才能夠完成測(cè)試，分選過程需要精確的機(jī)械和圖像識(shí)別系統(tǒng)，這使得設(shè)備的造價(jià)變得很高，而且測(cè)試速度受到限制。現(xiàn)在的LED芯片測(cè)試分選機(jī)價(jià)格約在100萬元人民幣臺(tái)，其測(cè)試速度在每小時(shí)10000只左右。如果按照每月25天計(jì)算，每一臺(tái)分選機(jī)的產(chǎn)能為每月5KK。

目前，芯片的測(cè)試分選有兩種方法：

一種方法是測(cè)試分選由同一臺(tái)機(jī)器完成，它的優(yōu)點(diǎn)是可靠，但速度很慢，產(chǎn)能低;

另一種方法是測(cè)試和分選由兩臺(tái)機(jī)器完成，測(cè)試設(shè)備記錄下每個(gè)芯片的位置和參數(shù)，然后把這些數(shù)據(jù)傳遞到分選設(shè)備上，進(jìn)行快速分選、這樣做的優(yōu)點(diǎn)是快速，但缺點(diǎn)是可靠性比較低，容易出錯(cuò)，因?yàn)樵跍y(cè)試與分選兩個(gè)步驟之間通常還有襯底減薄和芯片分離的工藝過程，而在這個(gè)過程中，外延片有可能碎裂、局部殘缺碎裂或局部殘缺，使得實(shí)際的芯片分布與儲(chǔ)存在分選機(jī)里的數(shù)據(jù)不符，造成分選困難。

從根本上解決芯片測(cè)試分選瓶頸問題的關(guān)鍵是改善外延片均勻性。如果一片外延片波長(zhǎng)分布在2nm之內(nèi)，亮度的變化在+15%之內(nèi)，則可以將這個(gè)片子上的所有芯片歸為一檔(Bin)，只要通過測(cè)試把不合格的芯片去除即可，將大大增加芯片的產(chǎn)能和降低芯片的成本。在均勻性不是很好的情況下，也可以用測(cè)試并把“不合格產(chǎn)品較多”的芯片區(qū)域用噴墨涂抹的方式處理掉，從而快速地得到想要的“合格”芯片，但這樣做的成本太高，會(huì)把很多符合其他客房要求的芯片都做為不合格證的廢品處理，最后核算出的芯片成本可能是市場(chǎng)無法接受的水平。

(2)LED的測(cè)試分選

封裝后的LED可以按照波長(zhǎng)、發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光角度以及工作電壓等進(jìn)行測(cè)試分選。其結(jié)果是把LED分成很多檔(Bin)和類別，然后測(cè)試分選機(jī)會(huì)自動(dòng)地根據(jù)設(shè)定的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)把LED分裝在不同的Bin盒內(nèi)。由于人們對(duì)于LED的要求越來越高，早期的分選機(jī)是32Bin,后來增加到64Bin,現(xiàn)在已有72Bin的商用分選機(jī)。即使這樣，分Bin的LED技術(shù)指標(biāo)仍然無法滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求。

LED測(cè)試分選機(jī)是在一個(gè)特定的工作臺(tái)電流下(如20mA)，對(duì)LED進(jìn)行測(cè)試，一般還會(huì)做一個(gè)反向電壓值的測(cè)試?，F(xiàn)在的LED測(cè)試分選機(jī)價(jià)格約在40~50萬人民幣/臺(tái)，其測(cè)試速度在每小時(shí)18000只左右。如果按照每月25天，每天20小時(shí)的工作時(shí)間計(jì)算，每一臺(tái)分選機(jī)的產(chǎn)能為每月9KK。

大型顯示屏或其他高檔應(yīng)用客戶，對(duì)LED的質(zhì)量要求較高。特別是在波長(zhǎng)與亮度一致性的要求上很嚴(yán)格。假如LED封裝廠在芯片采購(gòu)時(shí)沒有提出嚴(yán)格的要求，則這些封裝廠在大量的封裝后會(huì)發(fā)現(xiàn)，封裝好的LED中只有很少數(shù)量的產(chǎn)品能滿足某一客戶的要求，其余大部分將變成倉(cāng)庫(kù)里的存貨。這種情形迫使LED封裝廠在采購(gòu)LED芯片時(shí)提出嚴(yán)格的要求，特別是波長(zhǎng)、亮度和工作臺(tái)電壓的指標(biāo);比如， 過去對(duì)波長(zhǎng)要求是+2nm,而現(xiàn)在則要求為+1 nm,甚至在某些應(yīng)用上，已提出+0.5 nm的要求。這樣對(duì)于芯片廠就產(chǎn)生了巨大的壓力，在芯片銷售前必須進(jìn)行嚴(yán)格的分選。

從以上關(guān)于LED與LED芯片分選取的分析中可以看出，比較經(jīng)濟(jì)的做法是對(duì)LED進(jìn)行測(cè)試分選。但是由于LED的種類繁多，有不同的形式，不現(xiàn)的形狀，不同的尺寸，不同的發(fā)光角度，不同的客戶要求，不同的應(yīng)用要求，這使用權(quán)得完全通過LED測(cè)試分選取進(jìn)行產(chǎn)品的分選變得很難操作。而且目前LED的應(yīng)用主要分布在幾個(gè)波長(zhǎng)段和亮度段的范圍，一個(gè)封裝廠很難準(zhǔn)備全部客戶需要的各種形式和種類的LED.所以問題的關(guān)鍵又回到MOCVD的外延工藝過程，如何生長(zhǎng)出所需波長(zhǎng)及亮度的LED外延片是降低成本的關(guān)鍵點(diǎn)，這個(gè)問題不解決，LED的產(chǎn)能及成本仍將得不到完全解決。但在外延片的均勻度得到控制以前，比較行之有效的方法是解決快速低成本的芯片分選問題。

2、分選設(shè)備

目前，LED芯片的測(cè)試分選設(shè)備主要由美國(guó)和日本廠商提供，而LED的測(cè)試分選設(shè)備大多由臺(tái)灣地區(qū)、香港廠商提供，中國(guó)大陸還沒有能提供類似設(shè)備的廠家。LED芯片分選機(jī)主要包括兩大硬件部分(機(jī)器手、微探針和光電測(cè)試儀)和一套系統(tǒng)軟件，而這三部分分別由不同廠家提供再集成起來;而LED測(cè)試分選取機(jī)則包括LED的機(jī)械傳輸，儲(chǔ)存和光電測(cè)試兩部分。

3、LED分選取技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

(1)在外延片的均勻度得到控制以前，研發(fā)快速低成本芯片分選工藝和設(shè)備。

(2)隨著W級(jí)功率LED技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)LED產(chǎn)品參數(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法已不能滿足照明應(yīng)用的需要，須開發(fā)全新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法，包含更多的與照明相關(guān)的光學(xué)內(nèi)容。

(3)在LED系統(tǒng)壽命測(cè)試中，研發(fā)LED系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能和壽命快速測(cè)定價(jià)技術(shù)。

(4)照明用LED是處于大電流驅(qū)動(dòng)下工作，這就對(duì)其提出更高的可靠性要求。傳統(tǒng)LED的篩選方式不合適照明用大功率LED,必須開發(fā)新的篩選試驗(yàn)辦法，剔除早期失效品，保證產(chǎn)品的可靠性。