LED分bin-分类基本知识

人眼對於光的顏色及亮度的解析度非常高，特別是對於顏色的差異和變化非常敏感。圖2-14所示的是人眼對顏色變化的敏感曲線。從圖中可以看出對於不同顏色波長的光人眼的敏感度是不同的。例如，對於波長為585nm的光，當顏色變化大於1nm時，人眼就可以感覺到。而對於波長為650nm的紅光，當顏色變化在3nm的時候，人眼才能察覺到。對於波長為465nm的藍光和525nm的綠光，人眼的解析度分別為～2nm和～3nm。在早期，由於LED主要被作用指示或顯示燈用，而且一般以單個器件出現，所以對於其波長的分選和亮度的控制要求並不高。可是隨著LED的效率和亮度的不斷提高，其應用範圍越來越廣。當LED作為陣列顯示和螢幕元件時，由於人眼對於顏色波長和亮度的敏感性，用沒有分選過的LED就產生了不均勻的現象，就而影響到人們的視覺效果。不論是波長不均勻或是光亮度的不均勻都會給人產生不舒服的感覺。這是各LED顯示器製造廠家不願看到的，也是人們無法接受的。LED的分選不可能將光學、電學特性和壽命及可靠性等所有參數都做，而是按照通常大家所關心的幾個關鍵參數進行分類分選。這些關鍵參數有：主波長、發光強度、光通量、色溫、工作電壓、反向擊穿電壓等。LED的測試與分選是LED供應商的一項必要的工序。而且目前它是許多LED晶片廠商的產能瓶頸，也是LED晶片成本的一個重要來源。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晶片分選問題。（1）LED的分選方法：LED的分選有兩種方法進行：一是以晶片為基礎的測試分選，二是對封裝後的LED管子進行分選。1）以LED管子的形式進行分選：封裝好的LED管子可以按照波長、發光強度、發光角度以及工作電壓等分類。其結果是把LED分成很多檔次和類別，然後測試分選機會自動地根據設定把LED分裝在不同的Bin內。由於人們對於LED的要求越來越嚴，早期的分選機是32Bin後來增加到64Bin。現在已有72Bin的商用分選機。即使這樣，分Bin的數量仍然無法滿足生產和市場的需求。LED測試分選機，是在一個特定的電流下，比如20mA，對於LED進行測試。一般還會做一個反向電壓值的測試。現在商業的測試分選機大概在40－50萬人民幣一台，其測試速度在每小時10000只左右。如果按照每月20天，每天20小時的工作時間計算，每一台分選機的產能為每月4KK。對於LED封裝廠來說，如果他們的客戶是用在大型顯示幕上或是其它高檔應用上，他們對LED的品質就會有較高的要求。特別是在波長與亮度的一致性上的要求會很嚴格。假如LED封裝廠在採購晶片上沒有提出嚴格的要求，則這些封裝廠在做了大量的封裝後會發現，他們還是無法提供足夠多的LED給他們的客戶。因為在他們已封裝好的LED中很少的數量能滿足某一客戶的要求。當封裝廠把他們其中的一少部分提供給其中的一個客戶後，其餘大部分變成為放在倉庫裡的存貨。這種情形迫使LED封裝廠在採購LED晶片時提出嚴格的要求，特別是對波長、亮度和工作電壓的指標。比如，過去人們的波長要求是±2nm，而現在則要求為±1nm，甚至在某些應用上，人們已提出±0.5nm的要求。這樣對於晶片廠就產生了巨大的壓力，因為他們在賣晶片時必須進行嚴格的分選。2）以晶片的形式分選相比較封裝好的LED，晶片分選的難度很大，主要的原因是LED的晶片一般都很小，從9mil—14mil（0.22mm—0.35mm）的尺寸。這樣小的晶片在抓放的過程中需要比較精確的機械和圖像識別系統，而測試則需要微探針才能夠完成。這使得設備的造價變得較高，而且測試速度受到限制。目前典型的晶片分選測試系統，平均每台在100萬元左右，而每小時的分選數量大約為2000個左右。這使得晶片分選測試的產能每月不到1KK。這與封裝好的LED的分選相比顯得既昂貴又緩慢，性價比很低。目前晶片的分選有兩種方法：一是測試分選由同一台機器完成，它的優點是可靠，但速度太慢，產能太低。另一種是測試與分選由兩台機器完成。一台設備，如圖2-16所示，專門用於測試，並記錄下每個晶片的位置及參數，然後把這些資料傳遞到另一台專門用於分選的設備上，進行快速分選。這樣做的優點是快速，但它的缺點是可靠性比較低，容易出現差錯。因為在測試與分選兩個步驟之間通常還有襯底減薄和晶片分離的工藝過程，而在這個過程中，外延片有可能碎裂或局部殘缺。碎裂或局部殘缺的片子使得實際的晶片分佈與儲存在分選機裡的資料不符，這樣會造成分選困難。從以上的討論可以看出，晶片分選的成本高，產能比較低。一台6片的MOCVD需要大約5台測試分選機與之配套，僅初期設備上的投資就需60萬美元。從根本上解決分選瓶頸問題的關鍵是改善外延片的均勻性。如果一片外延片上它的波長分佈在2nm之內，亮度的變化在±15％之內，則我們可以將這個片子上的所有晶片歸為一個Bin，只要通過測試把不合格的晶片去除就可以了。這樣做將大大增加晶片的產能和降低晶片的成本。當然，在均勻性不是很好的情況下，人們也可以用測試並把“不合格”的晶片用噴墨塗抹的方式處理掉，從而快速地得到想要的“合格”晶片。但這樣做的成本太高，把很多符合其他客戶要求的晶片都做為不合格的廢品處理了。最後核算出的成本可能是市場無法接受的水準。從以上關於LED管子與晶片分選的比較中可以看出，比較經濟的做法是對LED管子進行分選。但是由於LED管子的種類繁多，從不同的形式到不同的形狀，從不同的直徑到不同的發光角度，不同的客戶有不同的要求，不同的應用有不同的要求，這使得全部在LED管子上進行分選變得很難操作，不太現實。況且目前LED的應用主要分佈在幾個波長段和亮度段的範圍，一個封裝廠很難準備各種各樣的客戶和需求能消化掉所有的各種形式和種類的LED。比較實際的做法還是購買客戶所需要的晶片來封裝成所需要的LED管子。所以問題的關鍵又回到了MOCVD的外延工藝過程。如何生長出所需波長及亮度的LED外延片是降低成本的關鍵點，這個問題不解決，LED的產能及成本仍將是一個不能完全解決的問題。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晶片分選問題。（2）分選設備目前，LED晶片的分選設備主要由美國和日本廠商提供，而LED管子的分選機大多由臺灣廠商提供，大陸還沒有可提供類似設備的廠家。LED晶片分選機主要包括兩大硬體部分和一套系統軟體。硬體部分：一是機器手，另一部分是微探針和光電測試儀。而這三部分分別由不同廠家提供再集成起來，像ASM所提供的LED晶片分選設備就是用臺灣的測試儀，而LED管子的分選機則包括LED管子的機械傳輸、儲存和光電測試兩部分。（3）LED分選的重要性正象上面所提到的，LED的測試與分選是LED供應商的一項必要的工序。而且目前它是許多LED晶片廠商的產能瓶頸。也是LED晶片成本的一個重要來源。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晶片分選問題。（4）LED分選技術發展趨勢1.在外延片的均勻度得到控制以前，研發快速低成本晶片分選工藝和設備對降低成本至關重要。2.隨著W級功率LED技術的發展，傳統LED產品參數檢測標準及測試方法已不能滿足照明應用的需要，須開發全新的測試標準和方法，包含更多的與照明相關的光學內容。3.在LED系統壽命測試中，研發LED系統的長期性能和壽命快速測定評價技術。縮短壽命測試的長時間週期，讓LED照明系統的設計人員能夠簡便的評估並且製造改良的產品。4.照明LED是處於大電流驅動下工作，這就對其提出更高的可靠性要求。傳統LED的篩選方式不適合照明用大功率LED，必須開發新的篩選試驗辦法，剔除早期失效品，保證產品的可靠性。