高密度、可見光LED的生產(chǎn)測試

　　測試系統(tǒng)安全性

　　很多電子測試系統(tǒng)或儀器能夠測量或提供危險的電壓或功率。還有可能的是，在單故障條件下（例如編程錯誤或者儀器失效），即使系統(tǒng)顯示不存在危險也會輸出危險電平。

　　對于這些高電壓和高功率，很有必要始終保護操作人員避免這些危險。

　　保護方法包括：

　　● 設計測試夾具防止操作人員接觸任何危險電路。

　　● 確保待測器件完全密封以保護操作人員免遭飛出碎片的傷害。例如，電容和半導體器件在電壓過高的情況下會發(fā)生爆炸。

　　● 對操作人員可能接觸到的所有電氣連接進行雙層絕緣。雙層絕緣能夠確保即使一層絕緣失效仍然能夠保護操作人員。

　　● 當測試夾具外殼打開時，采用高可靠、失效保護式互鎖開關斷開電源。

　　● 如果可能，盡量采用自動化的機械手，這樣操作人員就不必接觸測試夾具的內(nèi)部或者打開保護裝置。

　　● 對所有系統(tǒng)用戶進行探測器操作培訓，使得他們明白所有潛在的危險，并知道如何保護自己不受傷害。

　　● 測試系統(tǒng)的設計者、集成者和安裝者要負責確保對操作人員和維護人員的保護措施到位且有效。

　　方法與技術

　　基于Trigger Link的同步

　　Trigger Link是測試系統(tǒng)中的儀器使用的一種硬件握手總線，以確保實現(xiàn)正確的測試序列。它是所有最新吉時利儀器的標準功能，包括本文中提到的所有儀器。當電表和開關主機通過Trigger Link線纜連接起來時，它們就可以相互觸發(fā)，實現(xiàn)更快的測試操作。這種內(nèi)置總線不需要PC直接控制大多數(shù)系統(tǒng)功能。當正確使用Trigger Link功能時，PC需要完成的唯一功能就是初始化測試以及從系統(tǒng)中檢索數(shù)據(jù)。

　　要想了解有關如何利用Trigger Link配置同步測試系統(tǒng)的詳細方法，請查閱吉時利2217號應用筆記“多臺數(shù)字源表的觸發(fā)同步”。

　　接觸檢查

　　數(shù)字源表接觸檢查功能能夠幫助用戶消除由于接觸疲勞、破損或污染，連接松動或斷裂，繼電器失效等問題導致的測量誤差和假產(chǎn)品失效。在開始執(zhí)行每個自動測試序列之前，要檢驗與待測器件（DUT）的接觸情況，這有助于降低加工和假故障帶來的成本。

　　接觸檢查功能檢驗HI/LO測試引線對之間的電阻是否低于一定的閾值。接觸檢查要在Output HI/LO、Sense HI/LO和Guard/Guard Sense對之間進行。通過使用脈沖變換器和參考電阻，我們可以非?？斓剡M行接觸檢查（通常在350μs之內(nèi)）。參考電阻可以設置為三個不同的值（5Ω、15Ω、50Ω）。接觸檢查功能并不在DUT上傳輸信號——只在上述三對HI/LO引線之間。如果發(fā)現(xiàn)接觸檢查失效，該測試操作將被忽略并通過面板、IEEE-488接口總線和數(shù)字I/O端口給出失效指示。

　　驗證LED極性

　　我們可以在測試集中增加一種極性測試。極性測試可以在完成功能測試之前安全而快速地判斷出LED的方向。我們可以通過兩種方式利用LED的擊穿特性判斷LED的極性。一種是在LED中通過正電流，測量電壓。如果電壓值低于1V（典型情況下）表示二極管是正向極性，而高電壓表示擊穿和反向極性。另外一種方法是，在LED中通過負電流，如果測出的電壓小于1V表示反向極性，高電壓表示擊穿和正向極性。具體選擇哪種方法測試極性主要取決于測試程序的整體結構。

　　要想詳細了解如何利用極性測試的結果以及各種可選的數(shù)字源表和元件機械手，請查閱吉時利1805號應用筆記“基于2400系列數(shù)字源表的二極管生產(chǎn)測試”。

　　常見誤差源

　　結自熱

　　隨著測試時間的增加，LED的半導體結往往會發(fā)熱。對結發(fā)熱最敏感的兩種測試是正向電壓測試和漏電流測試。當結發(fā)熱時，電壓會下降，更重要的是，在穩(wěn)壓測試過程中漏電流會增大。因此，在不降低測量精度或穩(wěn)定性的情況下盡量縮短測試時間是很重要的。

　　數(shù)字源表系列可以配置測量之前的器件浸透時間（soak time）以及獲取輸入信號的時間。浸透時間使得電路電容能夠在測量開始前穩(wěn)定下來。測量積分時間取決于電源線性周期數(shù)（NPLC）。如果輸入電源頻率為60Hz，那么1NPLC測量將需要1/60秒，即16.667ms。積分時間決定了模-數(shù)轉換器（ADC）獲取輸入信號的時間，它體現(xiàn)了速度和精度二者之間的折衷。

　　VF測試的典型浸透時間從1毫秒到5毫秒不等，IL測試為5毫秒到20毫秒。利用這些較短的測試時間，可以減少由于結發(fā)熱導致的誤差。此外，通過進行一系列測試并只改變測試時間可以確定結發(fā)熱的特性。

　　引線電阻

　　常見的一種電壓測量誤差源是從儀器到LED連接的測試引線帶來的串聯(lián)電阻。當采用2線連接方式時（如圖6a所示），這種串聯(lián)電阻就會加入測量。當連接線較長并且采用高電流時，引線電阻的影響就特別有害，因為引線電阻上產(chǎn)生的電壓降相比所測的電壓就很大了。

圖6a：雙線連接

圖6a：雙線連接

　　要解決這個問題，最好采用四線遠程檢測方法而不是雙線技術。采用四線連接方法（如圖6b所示），電流經(jīng)由Output HI/LO測試引線流過LED，利用Sense HI/LO引線測量LED上的電壓。這樣，測得的就只是LED上的電壓降了。

　　漏電流

　　在測量極低的電流時，例如漏電流，線纜和夾具中的雜散漏流也是一種誤差源。為盡量減少這種問題的影響，應該采用高電阻材料制作測試夾具。另外一種減少漏電流的方法是采用數(shù)字源表內(nèi)置的保護電路。這種保護電路是電路中的一個低阻抗點，它與待保護的高阻抗點幾乎具有相同的電位。圖7中的例子很好地說明了這一原理。

圖7：2400系列的保護技術（點擊圖片放大）

　　在這個例子中，待測的LED安裝在兩個絕緣支架上（RL1和RL2）。這個電路中使用的保護電路能夠確保所有的電流都流過二極管，不會流過支架。一般而言，當產(chǎn)生的電流源或測量的電流小于1μA時都應該采用線纜保護措施。將儀器的Guard端與金屬板相連以保護這種電路。這樣就使得絕緣體RL1和RL2的底部與頂部幾乎具有相同的電位。由于絕緣體的兩端幾乎具有相同的電位，因此沒有明顯的電流流過其中。所有的電流都像我們希望的那樣流過LED。

　　警告：Guard端與Output HI端具有相同的電位。因此，如果Output HI存在危險電壓，那么Guard端上也存在這一危險電壓。

　　靜電干擾

　　當把一個帶電的物體靠近另一個不帶電的物體時，高電阻測量容易受到靜電干擾的影響。要想減少靜電場的影響，可以采用一個屏蔽罩將待測電路封裝起來。如圖7所示。一個接地的金屬屏蔽罩包裹著待測的LED。數(shù)字源表的Output LO端必須連接金屬屏蔽罩，以防止由于共模干擾和其它干擾造成的噪聲。采用這類屏蔽罩還有助于防止操作人員接觸支架金屬板，因為這個金屬板也具有保護電位。

　　光干擾

　　LED的測試需要檢測LED發(fā)光的大小和強度，因此測試夾具應該避光。一般地，我們可以將測試夾具的內(nèi)部噴成黑色，以減少夾具內(nèi)部的光線反射。

　　程序范例吉時利開發(fā)了一套Microsoft? Visual Basic范例程序，實現(xiàn)了圖4中測試系統(tǒng)的多點LED/PD測試。用戶可以從ftp://ftp.keithley.com/pub/instr/SourceMeter/VisibleLED.zip免費下載范例程序。此外，還可以從同一目錄中下載3x2400.zip文件，其說明了圖5中給出的觸發(fā)機制和測試系統(tǒng)。這些程序范例有效說明了如何針對各個測試參數(shù)配置2400和6517A，以及如何采用Trigger Link進行快速測試定序。

　　注意：所提供的這些測試程序旨在幫助說明本文所述的有關概念。要想符合所需的測試參數(shù)與時序的要求可能要對這些程序進行一定的修改。

　　設備列表

　　配置圖2中的系統(tǒng)需要下列設備：

　　1. 2400型數(shù)字源表

　　2. 6517A型靜電計/高電阻系統(tǒng)

　　3. 8501型Trigger Link線纜

　　4. 兩條7007型IEEE-488接口線

　　5. KPCI-488型IEEE-488計算機PC接口板

　　6. 帶校準光