可見光二極體（LED）憑藉其長壽命和高可靠性的特點，正獲得越來越廣泛的應用。LED目前已經用在了汽車、街燈、戶外標識等方面。此外，隨著新的顏色和新的關鍵應用的開發，採用高性價比的測試方法以確保LED可靠性的需求不斷增大。隨著高亮度和有機LED技術的出現，對測試設備的測量性能與產能的要求也越來越高。
LED發光是帶電粒子在半導體能隙之間躍遷的結果。能隙的大小決定了發光的波長。LED的發展已經產生了表面和邊緣發光技術，改變波長和功率特性等性能指標。
本文介紹了有關構建用於檢驗單個和多個（陣列）LED器件的生產測試系統解決方案的方法和問題。
測試介紹
高性能LED通常要進行5種測試。其中包括直流頻譜上的三種測試（正向電壓、反向擊穿和漏電流測試）以及光譜上的兩種測試（光照強度和波長檢驗）。在生產環境下，通常只有直流測試涉及測試產能的問題。光學測試雖然很有用，但是通常較慢，一般保留用於工程或質量控制實驗。下面詳細介紹各種測試和測試需求。
直流測試
圖1給出了本文介紹的三種直流測試的測試點。
圖1：典型的LED直流I-V曲線和測試點（不用於縮放）
正向電壓測試（VF）
VF測試檢驗可見光LED的正向工作電壓。超過這一工作電壓，電路電流的大幅增長將導致正向電壓明顯升高，如圖1所示。在一段特定的時間內（例如1ms）在LED上加載特定的正向偏置電流（例如10mA），測量LED兩端的電壓降。測量的結果通常為幾百毫伏的量級。
反向擊穿電壓測試（VR）
VR測試檢驗LED的反向擊穿電壓，與二極體類似。當電壓高於這一電壓時，反偏電流的大幅增加使反向電壓變化不大。這一參數的技術指標通常是一個最小值。測試時在一段特定時間內提供一個較低的反偏電流，同時測量LED兩端的電壓降。測量結果通常在幾伏到幾十伏的量級。
漏電流測試（IL）
IL測試檢驗LED的漏電流，即當反向電壓低於擊穿電壓時，LED中洩漏的小電流。測試時加載特定的反向電壓，經過一定的時間後測量流過LED的相應電流。測試過程要檢驗測得的漏電流是否低於一定的閾值。這些電流的測量結果通常在納安到毫安的量級。
光學測試
光強和輻射強度測試
發光（即光照）強度的大小通常用流明/球面度或坎德拉來表示。它的大小範圍通常從毫坎德拉到幾個坎德拉的量級。我們可以利用這個參數來計算輻射強度，以瓦特/球面度來表示。輻射強度測量的是LED的總輸出（功率），而發光強度測量的是可見光範圍內的輸出（功率）。輻射強度的大小範圍從略小於1μW/sr到幾十mW/sr不等。用總發光輸出（流明/瓦）除以輸入功率可以計算出發光效率。光照強度通常採用光電探測器（PD）進行測量。流過PD的反向漏電流大小與照射在它上面的光強度成正比。因此，如果用LED照射PD同時測量PD上相應的漏電流，就可以推算出光照強度。採用這種方法測量光照強度時，只需使用高速直流測試儀就可以構建出能夠進行直流和光學測試的整個測試系統。如果不願意使用這種直流測試方法，就必須使用累計球，本文不再對此進行詳細討論。
圖2：基於數字源表/靜電計的可見光LED生產測試典型測試系統的模塊圖
波長和色彩測試
我們通常採用分光計來測量波長，它測量的是LED輸出的主要和峰值波長。LED的輸出頻譜稱為遠場圖（farfield pattern，FFP），類似於一條以LED峰值波長為中心的正態曲線。半最大值處全寬度（Full width at halfmaximum，FWHM）計算作為半光強下的頻譜帶寬，用於表示LED的工作波長範圍。採用ISO/CIE標準色度系統可以測得LED輸出的色彩信息，這種系統可以測量出基於三基色（紅、藍和綠）大小的輸出色彩。
測試系統介紹
單LED測試系統
LED被放測試夾具中，連接數字源表的輸入端。放置器件和連接待測器件（DUT）的操作通常是由元件機械手完成的，以實現自動化的生產流程。測試夾具通常是避光的，以防止由於環境光線的影響導致測試數據出錯。光電探測器（PD）集成在測試夾具中，當機械手將LED放入測試夾具中時，就對其進行測試。圖2給出了上述的典型直流特徵分析系統結構。
數字源表能夠對LED進行三種直流測試。由於這種儀器能夠提供任意極性的電流源或電壓源，因此無須翻轉或移動放置在最初測試位置上的LED即可完成所有直流特徵分析測試。數字源表和靜電計結合使用，能夠測出光照強度的大小。要對LED的光照強度進行特徵分析，數字源表需要在LED的工作（電壓）範圍內進行多點電流掃描（如圖3a所示），利用一臺6517A通過PD即可測出發光情況（如圖3b所示）。對於高產能應用，人們一般只在一個或少數幾個測試點上測量光照強度。
圖3a：LED測量電路
圖3b：光電探測器電源電路
多/陣列式LED系統
對於LED陣列、多管芯封裝或老化測試應用，我們常常需要同時測試很多LED。一次測試多個器件性價比最高的方式就是在測試系統中集成開關。老化測試通常需要對LED進行延時通電，這需要不帶開關的專用電源功能。老化測試系統中PD的測量一般採用多路復用的方式監測不同時刻的LED性能。圖4給出了一種LED開關測試系統配置的例子。實際的系統可以配置任意數量的二極體，支持各種電氣指標。
圖4：多個LED到一臺2400型數字源表的切換以及多個PD到6517A型靜電計的切換（點擊圖片放大）
在多器件測試系統中，每次選擇單個LED進行測試，與該LED和用於檢測光照強度的PD對應的繼電器閉合。數字源表進行所需的直流測試，然後加載足夠的電流點亮LED，當LED點亮時，6517A測量PD增大的漏流。當這一測試過程完成後，再選擇用於下一個器件的開關通道。
7011型多路復用卡的偏移電流指標是100pA，這個值可能超出了測試系統的誤差容限。因此，用7158（或7058）型低電流掃描卡代替7011，可以將偏移量降低到1pA（30fA典型值）。注意，重要的是採用低電流卡將會降低系統可用的通道密度。低電流卡只有10個通道可用於掃描，這意味著當用它們替代7011時，需要使用的卡的數量將增加四倍。
集成器件
目前很多傳感器都在同一個封裝內集成了LED和PD，用於構成反射目標傳感器、光開關或其它一些混合器件。集成器件需要同時測試LED和PD的性能。其中要使用外部PD或者其它光敏器件單獨監測LED的輸出。直流測試利用數字源表完成，但是當測量光照強度時，內部和外部PD都要進行測量。不僅LED必須要通過所有所需的直流和光學測試，而且內部PD數據也必須與從「標準」外部器件上獲取的數據關聯起來。圖5給出了一個採用三臺數字源表的這類測試系統實例。
圖5：利用2400數字源表測量集成式LED/PD器件（點擊圖片放大）
根據測試規範