[发明专利]半导体发光器件或模组在线多功能测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光二极管检测技术领域，涉及一种半导体发光器件或模组在线多功能测试系统及方法，尤其涉及一种对各种封装形式的半导体发光器件或模组在可控的多应力条件下加速老化并在线原位综合测试的系统及方法。

背景技术

发光二极管(light Emitting Diode，LED)是一种以半导体芯片为发光材料的固体发光器件。利用半导体材料形成PN结，在外加电场的情况下，通过注入电子空穴复合发光，直接将电能转换成光能。它的发光颜色随着所使用的半导体成份的不同而变化。

1907年，Henry Joseph Round成功制备了第一只发光二极管。随后，经过约半个世纪的发展，发光二极管的材料经历了SiC、III-V族化合物等，波长范围覆盖了红外、红、橙、黄、绿等波谱范围。90年代中期，随着GaN外延材料、P型掺杂、芯片结构设计等技术难题的不断突破，以氮化物LED为代表的蓝光、白光以及紫外发光二极管也得到了突飞猛进的发展。

目前，世界发达国家为了抢占LED研究的制高点，都非常重视LED测试方法及标准的研究。在LED测试和标准方面都投入了大量的人力物力。例如美国国家标准检测研究所(NIST)是一个世界著名的测试研究机构，目前他们组织国际知名测试专家开展LED测试的研究，重点研究LED发光特性、温度特性和光衰特性等测试方法，试图建立整套的LED测试方法和技术标准。国际照明委员会发表的CIE127-2007LED测试方法，把LED强度测试确定为平均强度的概念，并且规定了统一的测试结构和探测器大小，这样就为LED准确测试比对奠定了基础。但是随着技术的快速发展，许多新的LED技术特性CIE127-2007LED测试方法没有涉及。2008年，北美照明学会正式公布《IESNA LM80-2008测量LED光源光通量维持的方法》，对于LED光源的额定流明维持寿命做了定义，随后2011年，又发布了《IESNA TM21-2011LED光源流明维持推算方法》。我国最近几年在半导体照明材料、芯片技术、封装产品检测和测试方法上也取得了突破性的进展，并相继制定了9项半导体照明行业标准，已于2010年1月1日正式实施，这对半导体照明产业的发展具有积极的引导作用。其中发布的《SJ/T11399-2009：半导体发光二极管芯片测试方法》和《SJ/T11394-2009：半导体发光二极管测试方法》对LED的电、光、色度、辐射度、静电放电敏感性、热学等参数的测试方法做了相应的规定。

LED除了节能高效、无污染等特点外，另外一个最大的优点就是寿命长。一般正常情况下，LED不会发生突然性完全失效，但由于一些设计或者生产工艺不当，工作一段时间后，发光性能也可能发生退化，到了一定程度将会不能满足使用要求。因此在提高发光效率的同时，降低成本，提高可靠性，是半导体照明的产业化面临的重要问题之一。LED加速老化在线原位测试是检验LED性能的重要手段，相应的测试结果是评价和反映当前LED研发水平的依据。但是如上所述，目前LED在检测技术特别是可靠性和寿命方面的检测还不能适应LED照明发展的要求。

发光二极管的可靠性分析是一个全方位的性能测试，包含着半导体光，电，热等相当广泛的学科知识，其性能可以采用加速老化的方法来预测统计。约翰.A.爱德曼等人发明了“半导体器件的加速老化的检测系统和方法”，提供了一种检测片子上半导体器件的系统，在一段时间内给半导体器件通以预定电流量的脉冲，测量电流脉冲之前、之中和之后的电学或光学特性，其发明主要针对的是有SiC制成的单片半导体器件。

为了能够在对发光二极管器件进行加速老化测试的同时，对其各物理性能进行原位在线监控测试，提高LED器件检测及研发效率，本申请人于2011年申请了一件中国专利申请，名称为一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法(申请号201110435006.8)，用于对多颗发光二极管器件在加速老化的同时原位进行光、电、热综合测试。对于分析器件结构和器件制备过程中的薄弱环节奠定了良好的基础，但是随着半导体照明技术的发展，该系统及方法存在以下的局限性，不能满足可靠性分析需求：

1)该技术主要以恒定温度和电流的方式来确定器件的结温，使得器件在恒定结温条件下进行老化。虽然这样可以对发光二极管进行快速评价，寻找器件中的薄弱环节，并对其在特定结温下的寿命进行快速预测，但是如果想预测发光二极管在任意工作条件下的寿命，还需要至少选择其他类似的装置在不同的恒定结温下进行在线综合加速老化测试，投入大量的人力、物力和财力，在进行LED快速寿命预估方面还存在着一定的局限性。