一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统及其方法。由LCR采集模块分别采集标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的电学信号，并由光电探测模块分别采集所述标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的光学信号，控制处理模块接收的电学信号和光学信号，控制处理模块依照特定的数学模型分别建立标准LED样品以及待测LED器件的光强、负载电压、电导、电容、载流子浓度之间的定量关系，进而分别获得标准LED样品和待测LED器件的光学特性，并比较标准LED样品和待测LED器件的光学特性判断待测LED器件的可靠性。本发明专利技术可快速准确评测出LED产品的可靠性，便于改善LED制造过程中关键工艺以提高产品品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统及其方法。
技术介绍
与普通光源相比，发光二极管(LightEmittingDiode简称LED)具有省电、寿命长、光效高、无辐射、无污染等特点，已被广泛的应用于照明领域以及其它领域中。目前很多研究已经证实发光二极管(LED)在老化过程中，将导致芯片、封装、荧光粉区域失效。LED老化实验条件普遍为施加电应力、热应力，由于不同材料热膨胀系数之间差异和缺陷生长，导致LED光通量的衰减，主要的老化机理包括暗点缺陷、金属合金迁移、组分变化等。目前研究分析LED在老化过程内部、外部失效机理主要采用非破坏性和破坏性两种测试方法。非破坏性分析方法是不对样品进行加工处理而获取对确定失效原因有用信息的方法。破坏性分析方法必须通过对样品的开封、剥层，进行样品的制备。破坏性分析方法如：扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)，能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)等。如果不考虑物理失效因素，样品主要失效机理是其几何形状、结构、材料以及环境应力和操作应力的函数，这些应力包括了温度、操作电流、相对湿度、压力和静电以及相关的周期、增减率、瞬态、机械冲击和振动。目前，大功率LED的可靠性是制约半导体照明技术发展的关键问题，如何快速准确检测判定LED可靠性是目前半导体照明行业关注的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统及其方法。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术公开一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统，其包括标准LED样品、待测LED器件、两个以上的散热器、LCR采集模块、光电探测模块和控制处理模块；所述标准LED样品和待测LED器件分别固定在一个散热器上，所述LCR采集模块的输入端分别连接标准LED样品和待测LED器件，所述光电探测模块的输入端分别连接标准LED样品和待测LED器件，LCR采集模块的输出端和光电探测模块的输出端分别连接控制处理模块的输入端；LCR采集模块分别采集标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的电学信号，并将采集的电学信号实时传输到控制处理模块，所述光电探测模块分别采集所述标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的光学信号，并将采集的光学信号转为光电探测模块对应的电压响应信号实时传输到控制处理模块；控制处理模块接收的电学信号和电压响应信号，并将电压响应信号换算成为光强信号；控制处理模块分别建立基于标准LED样品的参考数据库和基于待测LED器件的检测数据库，并比较检测数据库与参考数据库进而判断待测LED器件的可靠性。所述电学信号包括表观电导、表观电容、正向电压和正向电流，所述光学信号为光强信号。所述不同负载是为在测试电压的范围为2.2V-3.3V，测试电压上附加的负载交流小信号的幅度为50mV，所述负载交流小信号的频率为500Hz～1KHz。本专利技术还公开一种基于电学特性判断LED器件可靠性的方法，采用上述一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统，其包括以下步骤：1)将标准LED样品和待测LED器件分别固定在两个散热器上；2)通过LCR采集模块测量标准LED样品与待测LED器件的电学信号，并将采集的电学信号实时传输至控制处理模块：所述LCR采集模块采用并联等效测试电路,在直流电压上叠加50mV交流小信号,LCR采集模块采集分别测试频率为500Hz到1KHz的标准LED样品与待测LED器件的电学信号；3)利用光电探测模块测试标准LED样品和待测LED器件的光学信号，光电探测模块将光学信号转为光电探测模块对应的电压响应信号，并电压响应信号实时传输至控制处理模块；4)所述控制处理模块接收电学信号和电压响应信号，并利用光强-电压校准系数，将光电探测模块传输的电压响应信号换算成为光强信号；5)所述控制处理模块建立标准LED样品和待测LED器件共用的数学模型，分别获得标准LED样品和待测LED器件的电容、电导、电导以及载流子浓度特性：A)假设PN结二极管的等效电路由结电容C、结电导G和串联电阻rs组成，则待测LED器件由表观电导Gp和表观电容Cp组成的并联等效电路的数学模型为：GP=G(1+rsG)+rs(ωC)2(1+rsG)2+(ωrsC)2---(1)]]>CP=C(1+rsG)2+(ωrsC)2---(2)]]>其中Gp为表观电导、Cp为表观电容、C为结电容、G为结电导、rs为串联电阻、ω为测试时加载交流小信号角频率；B)根据LED电流传输机理，电导G可由下式表示：G=dIdV=qnkTISexp(qVnkT)≈qnkT(I+IS)---(3)]]>其中I为正向负载电流、n为理想因子、T为结温、Is为反向漏电流、q为电子电荷、k为玻尔兹曼常数；C)将样品当作N+-P突变结简化模型处理，依据半导体物理模型，样品的结电容和样品的内部材料参数的关系如下所示：C=qϵsNB2(Vbi-V)---(4)]]>其中εS为待测样品介电常数，Vbi为内建电势，NB为轻掺杂区P型载流子浓度；基于公式(1)-(4)可分别获得标准LED样品和待测LED器件的电容、电导、电导、载流子浓度特性；6)基于步骤4)和步骤5)所述控制处理模块建立标准LED样品以及待测LED器件的光强、负载电压、电导、电容、载流子浓度之间的定量关系；7)基于步骤6)获取的光强-电容之间的定量关系和光强-电导之间的定量关系，所述控制处理模块通过测试电容以及电导定量分别获得标准LED样品和待测LED器件的光学特性；8)将待测LED器件的光学特征与标准LED样品的光学特征作比较，并依据美国能源之星的LED可靠性标准判断待测LED器件的可靠性。所述步骤1)中的两个所述散热器的基板面积、厚度、肋片和钉柱尺寸、位置参数均相同。所述步骤1)中散热器标准与LED样品和待测LED器件之间涂抹均匀高热导率界面硅脂。所述步骤2)中的电学信号包括表观电导、表观电容、正向电压和正向电流。所述步骤3)中的光电探测模块为LSSPD-U6硅光电探测模块。所述步骤8)中当待测LED器件工作达到测试时长后，待测LED器件的光强衰减为小于或等于标准LED样品光强值70％时，则判定该待测LED器件的可靠性不满足标准。本专利技术采用以上技术方案，由LCR采集模块分别采集标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的电学信号，并由光电探测模块分别采集所述标准LED样品和待测LED器件在不同负载下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统，其特征在于：其包括标准LED样品、待测LED器件、两个以上的散热器、LCR采集模块、光电探测模块和控制处理模块；所述标准LED样品和待测LED器件分别固定在一个散热器上，所述LCR采集模块的输入端分别连接标准LED样品和待测LED器件，所述光电探测模块的输入端分别连接标准LED样品和待测LED器件，LCR采集模块的输出端和光电探测模块的输出端分别连接控制处理模块的输入端；LCR采集模块分别采集标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的电学信号，并将采集的电学信号实时传输到控制处理模块，所述光电探测模块分别采集所述标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的光学信号，并将采集的光学信号转为光电探测模块对应的电压响应信号实时传输到控制处理模块；控制处理模块接收的电学信号和电压响应信号，并将电压响应信号换算成为光强信号；控制处理模块分别建立基于标准LED样品的参考数据库和基于待测LED器件的检测数据库，并比较检测数据库与参考数据库进而判断待测LED器件的可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统，其特征在于：其包括标准LED样品、待测
LED器件、两个以上的散热器、LCR采集模块、光电探测模块和控制处理模块；所述标准LED
样品和待测LED器件分别固定在一个散热器上，所述LCR采集模块的输入端分别连接标准LED
样品和待测LED器件，所述光电探测模块的输入端分别连接标准LED样品和待测LED器件，
LCR采集模块的输出端和光电探测模块的输出端分别连接控制处理模块的输入端；LCR采集模
块分别采集标准LED样品和待测LED器件在不同负载下的电学信号，并将采集的电学信号实
时传输到控制处理模块，所述光电探测模块分别采集所述标准LED样品和待测LED器件在不
同负载下的光学信号，并将采集的光学信号转为光电探测模块对应的电压响应信号实时传输
到控制处理模块；控制处理模块接收的电学信号和电压响应信号，并将电压响应信号换算成
为光强信号；控制处理模块分别建立基于标准LED样品的参考数据库和基于待测LED器件的
检测数据库，并比较检测数据库与参考数据库进而判断待测LED器件的可靠性。
2.根据权利要求1所述一种基于电学特性判断LED器件可靠性的系统，其特征在于：所述电
学信号包括表观电导、表观电容、正向电压和正向电流，所述光学信号为光强信号。
3.根据权利要求1所述一种基于电学特性判断LED器件可靠性的方法，其特征在于：所述不
同负载是为在测试电压的范围为2.2V-3.3V，测试电压上附加的负载交流小信号的幅度为
50mV，所述负载交流小信号的频率为500Hz～1KHz。
4.一种基于电学特性判断LED器件可靠性的方法，采用权利要求1所述的一种基于电学特性
判断LED器件可靠性的系统，其特征在于：其包括以下步骤：
1)将标准LED样品和待测LED器件分别固定在两个散热器上；
2)通过LCR采集模块测量标准LED样品与待测LED器件的电学信号，并将采集的电学信号实
时传输至控制处理模块：
所述LCR采集模块采用并联等效测试电路,在直流电压上叠加50mV交流小信号,LCR采集模
块采集分别测试频率为500Hz到1KHz的标准LED样品与待测LED器件的电学信号；
3)利用光电探测模块测试标准LED样品和待测LED器件的光学信号，光电探测模块将光学信
号转为光电探测模块对应的电压响应信号，并电压响应信号实时传输至控制处理模块；
4)所述控制处理模块接收电学信号和电压响应信号，并利用光强-电压校准系数，将光电探
测模块传输的电压响应信号换算成为光强信号；
5)所述控制处理模块建立标准LED样品和待测LED器件共用的数学模型，分别获得标准LED
样品和待测LED器件的电容、电导、电导以及载流子浓度特性：
A)假设PN结二极管的等效电路由结电容C、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焕庭，何仲全，陈建顺，杨伟艺，张志鹏，
申请(专利权)人：富顺光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35