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二、LED晶圆静电量测模组系统架构
 
本文开发高速大动态范围LED晶圆静电量测模组如图3，针对晶粒的耐静电电压进行全检测试，依LED耐静电电压的大小，进行LED级别分类。此静电点测全检模组包含测试高速多电压切换高压产生组件、探针组件、充放电组件、软件分类组件。以测试探针平台移动两探针接触待测LED之正负电极上，高速多电压切换高压产生组件依软件电控程式设定产生人体静电放电模式或机器装置放电模式测试电压准位，充放电模组储存高压产生器电荷后对待测LED进行静电耐压测试，最后软件分类组件显示静电测试结果。本技术针对现有国内LED晶圆静电量测模组动态范围不足(500V至4000V)与国外模组电压切换时间过慢(0V至4kV上升时间约500ms)之问题，设计成高速大动态范围LED晶圆静电量测模组，使输出电压可涵盖规范静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大动态范围﹔并缩短低电压切换至高电压上升时间至80ms以内，以达高速与大动态范围LED晶粒线上检测与分类目的。

图3  高速大动态范围LED晶圆静电量测模组系统图

各主要组件设计考虑要点如下:

1. 测试探针组件设计部份

测试探针组件用于传送电压与电流，探针外绝缘保护可防止漏电流产生，进而提高静电量测准确度。

绝缘设计上分为分为内绝缘和外绝缘两大类。内绝缘为模组内部的绝缘。包括固体介质的绝缘以及由不同介质构成的组合绝缘。虽然外部大气条件对内绝缘基本没有影响，但材料的老化、高温、连续加热以及受潮等因素对内绝缘的绝缘强度却有不利的影响，同时内绝缘若发生击穿，它的绝缘强度也不能自行恢复。外绝缘则指在直接与大气相接触的条件下工作，所形成的各种不同形式的绝缘，包括空气间隙和模组固体绝缘的外露表面。外绝缘的突出特点是在放电停止后，其绝缘强度通常能迅速地完全恢复，并与重复放电的次数无关。而外绝缘的绝缘强度和外部大气条件密切相关，会受大气温度、压力、湿度等多种因素的影响；以大气为例，一般大气中的绝缘强度约30kV/cm，有水滴存在时约为10kV/cm，温度由室温上升至摄氏100度时，绝缘强度降为80%，因此设计上将由温湿度造成估算材料绝缘强度变化范围，并以此设计耐压所需保留之安全间距。

探棒绝缘检测可以绝缘强度试验来确定。试验包括耐压试验和击穿试验两种。耐压试验是对试件施加一定电压，经过一段时间后，以是否发生击穿作为判断试验合格与否的标准。击穿试验是在一定条件下逐渐增高施加于试件上的电压，直到试件发生击穿为止。

2. 高速多电压切换高压产生组件与充放电组件

此组件部份设计包括控制回路稳定性设计与干扰防制，控制回路稳定性工作包括元件模型建立、稳定性条件分析、回路稳定性测试等。干扰防制方法为降低寄生电容，电路板寄生电容值大小值与电路板布线线路几何位置、线路宽度、电路板绝源材质有关，为降低线路寄生电容于设计时首先将易受干扰点标示，走线时以此标示点位置为优先布线考量，不易受干扰线路最后布线。

3. 软件组件部份

控制探针下针位置，触发高压产生器的充放电模组，控制输入的电压充电完成后对待测LED放电并量测结果显示。

三、LED晶圆静电量测模组系统组装与测试结果

完成高压产生器交流电压调变电路设计制作如图4，使用高压探棒实际量测交流电压振幅峰对峰6.26kV－最大交流振幅:3.13kV，测试验证结果直流电压值最大值8.08kV ，于8kV电压经由短路输出端短路电流测试于放电电阻:1500 Ω +/- 1%条件下，峰值电流达5.46A (理论值:8000/1500=5.33)。完成LED静电点测模组规格验证于静电电压4Kv并于以下测试条件:

(1)常温、常湿、大气环境下

(2)测试探棒:频宽大于1 GHz电流探棒

(3)充电电容:100 pF +/- 10% (effective capacitance)

(4)放电电阻:1500 Ω +/- 1%

重复量测HBM短路峰值电流5次结果如下:

峰值电流量测理论值2.66A于一小时后峰值电流2.70A，偏移量1.5%，满足测试规范峰值电流2.40~2.96A@4kV与HBM负载短路上升时间2.0~10ns@4kV。

图4 高压产生器完成电路模组

四、结论

本文对所开发高速大动态范围LED晶圆静电量测模组，使输出电压可涵盖规范静电分类之最小电压250V至最大电压8000V大动态范围﹔并缩短低电压切换至高电压上升时间至80ms以内，未来将进行小型试量产与至客户端进行耐久测试，并视商品化需求进行修改，以达高速与大动态范围LED晶粒线上检测与分类目的。于应用方面除可用于LED静电测试外主，搭配探针点测技术可应用于半导体BGA、CSP(Chip Scale Package)、FC(Flip Chip)微小元件晶圆静电测试。进一步应用包括可用于X-ray Tubes、Photomultiplier Tubes、Electron Beam Focusing等。

（作者：工研院量测中心/涂钟范）