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LED 實時在線老化測試系統
LED 驅動電流、電壓、溫度、光衰、能量分布和視角參數測量
LED 老化質量控制及其特性參數測量
系統簡介
LED‐BI系統是芬蘭Nanofoot公司專門為大學、研究機構等對LED進行老化和壽命測試而提供的研究級加速壽命測試系統，用以提高LED的質量和制造工藝。
該系統工作于波長范圍為200nm‐1700nm，可對LED Package、LED wafer片和LED Chip進行老化試驗并實時在線測量其電學（驅動電流、驅動電壓）、光學（光功率、光譜、光色度、光視角、近/遠場角等）和物理（溫度、濕度）等參數。系統通過特殊的LED裝載夾具、電流驅動探針和共享復用積分球方式，可同時對50個LED測試單元實施電流驅動和功率測量，并保證各驅動電流相互獨立且互不影響，且提供電流過載保護機制。測試過程中系統通過溫度探測器可對LED溫度精準控制，采用水冷、TEC制冷片和風冷等多種制冷方式為LED提供良好的散熱機制。
所采用LED‐TEST‐AUTO控制軟件，可對LED的驅動電流，電壓、溫度，輸出光功率進行實時在線測量/控制，并繪制LED輸出光功率和LIV曲線，提供LED光譜及色度圖。實驗結果采用CVS、PDF和SQL數據庫等多種形式存儲與輸出。
性能和功能特點
工作波長范圍：200nm‐1700nm
龍門式LED電流探針驅動和夾具（適用于LED package/wafer/chip）
50 LED實時在線測量 LED近/遠場測量
單個LED測試功率可達5W 高精度溫度控制+/‐ 0.1 K / cm
十萬小時不間斷測試 電流驅動模式（脈沖/連續）
真空吸力嘴安放LED 失效產品標記
軟件友好界面 Beckhoffs EtherCAT I/O接口，用于數據傳輸和儀器控制
系統架構
龍門式電流探針機械手
LED裝載托盤與夾具
LED電流源驅動模塊
LED電流驅動探針視覺系統
積分球功率測量及其微電機控制系統
LEDD‐BI‐SYSTEM控制軟件
LED Burnn-In systtem系統架構圖
系統模擬效果
圖 2. A區域：4塊LED 轉載模塊， B區域：兩測試模塊， C區域：LED標識工具，D區域：視覺定位模塊.
系統原理簡介：
LED‐BI‐System內含一套龍門式電流探針機械手、二套高精度黑白攝像系統、四塊LED夾具和基板、VIS‐NIR分光光度計、175mm積分球（可選）、真空夾盤溫度控制器、FF/NF Scanner和一套LED‐BI ‐ est軟件，系統采用Beckhoffs EtherCAT I/O協議用于和微機實現數據傳輸和儀器控制。
待檢LED（package、chip、wafer）首先通過Pick‐up tool通過真空引力嘴置放于LED夾具中。系統通過LED‐BI–Test軟件控制LED驅動電流大小和工作溫度，采用龍門式機械手精密移動LED電流驅動探針，并通過高精度黑白攝像系統對LED探針驅動空間位置進行精準定位。
系統積分球通過電位移臺可測試夾具中任一LED， 并檢測其光通量、光強、和光功率等值，其尾部連接分光光度計輸出，用于檢測LED的光譜特性。系統配備的FF/NF Scanner可對LED輸出光的近/遠場角進行測量，以檢測其輸出的光功率分布和發射角度范圍。
系統所有測試結果均可通過LED‐BI–Test軟件輸出，軟件可檢測出各單個LED驅動電流/電壓值、溫度和光功率值。并繪制輸出LED 光功率、LIV特性曲線和色度分析CIE1931色度坐標圖，實驗結果將采用CVS、PDF和SQL數據庫等多種形式存儲與輸出。
龍門式電流探針機械手
通過電流探針機械手精準控制電流探針位置并對LED驅動，所采用探針為四點式探針以避免因接觸點瞬間電阻變化所產生的誤差。
活動區域范圍(mm²) | 500 x 500 ~1500x1500 |
位移精度(um) | 150 |
探針類型 | 4點探針 |
LED托盤與夾具
圖3 載物臺示意圖 （A）LED電載板 （B）外設電路連接片 （C）LED電信號數據傳輸接口 | 圖4 LED裝載板（HB-LED星型封裝）另可提供其它封裝類型裝載板 |
模塊參數
尺寸（mm²）L x W | 300 x 350 一塊夾具 | 300 x 800 兩塊夾具 | 800 x 800 四塊夾具 | 150 x 200 Water 夾具 |
安放LED數量（片）（chip，water，package） | 10 | 25 | 50 | 50 |
LED 電信號輸出接口 | LED 夾具 板側信號輸出接口邊負責將LED 信號從夾具輸出至LED 測試電路模塊。 | |||
散熱方式 | 水冷：速率>4L/min；溫度傳感器檢測水冷進/出口溫度 | |||
視覺定位控制系統
LED Burn-In system 包含兩套CCD 視覺系統，用于LED 注入電流探針位置的精確控制。其通過兩微攝像機調整探針空間方位，并將電流探針準確移至LED 驅動電極處點亮LED 。
視覺系統參數
視覺系統參數（高精度） | |
探測器類型 | Si CCD |
工作波長（nm） | 200nm-1700nm |
相機尺寸（英寸） | 2/3" |
像素 | 500 萬像素 |
視角范圍/mm | 0.72 x 0.53 |
像素點分辨率/mm | 0.25 |
焦深/um | 3.5 |
分辨率/um | 1 |
照明 | 同軸、單色光 |
電流驅動模塊
可選脈沖式（average injected power is low and pulse is so short that emitter does not have time to heat during the pulse.）或連續式電流驅動模式，每種模式可提供五種電流大小的驅動
驅動電流型號 | **電流 | 電流精度 | **輸出電壓 | 信噪比 | 電壓測量精度 |
1-100 | 100 mA | 20 μA | 4V | < 1 μA | 0.15 mV |
1-250 | 250 mA | 50 μA | 4V | < 2.5 μA | 0.15 mV |
1-500 | 500 mA | 100 μA | 4V | < 500 μA | 0.15 mV |
1-1000 | 1000 mA | 200 μA | 4V | < 10 μA | 0.15 mV |
1-HC | 10 A | 2 mA | 4V | < 100 μA | 0.15 mV |
1-Gate | - | - | - | - | - |
電流驅動
光能量測量模塊
系統采用5.3英寸積分球配備一大面積光敏二級管，通過微電機位移系統可將LED出射光全部照至積分球類，通過積分球及其配套軟件計算光通量、光強度、光功率等值。此外，其還可提供尾部光纖接頭輸出，用以LED光譜測量。
模塊參數
積分球尺寸(英寸) | 光敏二級光管 | ||
5.3” | Si型二級管 | InGaAs | |
工作波長nm | 190‐1100 nm | 900‐1700 nm | |
探測區域面積mm2 | 27 | 78 | |
探測器上升沿時間 | 0.2 μs | 0.6 μs |
LED光譜測量模塊
由積分球尾部提供光纖輸出接頭，將其外接至分光光度計可進行LED光譜實時在線分析。
模塊參數
探測器類型 | Si‐CCD或InGaAs |
工作波長(nm) | 200‐1700 |
像素精度(M pixels) | 512-3648 |
半寬精度（FWHM）nm | 0.25-1.5 |
輸出尾纖 | SMF‐28（可定制） |
光纖連接頭 | FC/PC（可定制） |
LED 近/遠場測量模塊
LED遠場角測量
LED‐BI‐system采用Si、InGaAs 、RGB‐detectors探測器配備360°旋轉盤，用以測量任意LED出射方向的遠場角，并描繪出LED色度角度的3D圖，所測量的標準參照CIE1931色度標準。此模塊可用于LED數值孔徑NA值的分析。
模塊參數
FF360-VIS-IR | FF360-RGB | Customized models | |
Wavelenght range | 400-1700 nm | Separate channels for RGB | From 200 to 3000 nm |
Field of view | ±90° | up to ±110° | |
Light input aperture | 15 mm or SMA/FC fiber connector | 1-50 mm，custom shape | |
Angle resolution | 0.03° | ||
Angle resolution in 3D scans | 0.05° | ||
Azimuth resolution | 0.01° | ||
Input light power range | 50 uW-5W | 10 uW-50W | |
Dynamic range² | >60dB | Up to 90 dB | |
Sampling time ³ | 1.3-1000 ms | 1 us-1 h | |
Scanning speed | 0.5-300°/s | ||
Photodiode sensitivity ranges | 5 decades | ||
PC connection | USB | USB or Custom | |
Programming interface | ASCⅡ text commands through virtual COM port | Standard or custom | |
Power | 12 Vdc 1.5 A | ||
Dimensions (L´ W´ H ) | 260´155´170 mm | ||
LED近場測量
通過LED的近場測分析LED光強的能量分布及其視角值。
探測器類型 | Si CCD |
視角寬度(mm) | 5‐10 mm |
像素點精度(μm) | 8 μm |
**輸出光功率(W) | 1W (大功率可提供ND‐filter衰減測量) |
（真空點亮夾盤與溫度控制模塊）
LED‐BI‐systemt 配備了一個或通過真空夾盤溫度控制器來精確控制LED的工作溫度，溫度控制范圍可根據客戶需求進行定制（‐30°C~150°C）。
模塊參數
溫度范圍（°C） | ‐30~150 |
溫控區域（mm2） | 308mm x 308mm |
溫度精度 | +/‐ 0.1 K / cm |
溫控方式 | TEC制冷、熱片/基板電阻加熱 |
LED‐BI‐SYSTEM 控制管理軟件
LED‐BI‐SYSTEM系統軟件可顯示出所有測試結果，軟件可檢測出各單個LED驅動電流/電壓值、溫度和光功率值。并繪制輸出LED 光功率、LIV特性曲線和色度分析CIE1931色度坐標圖，實驗結果將采用CVS、PDF和SQL數據庫等多種形式存儲與輸出。此外軟件通過腳本生成器提供離線瀏覽功能，對測試進行監控。
軟件控制界面
圖6 軟件操作控制界面 | 圖7 LED驅動工作參數動態設置 |
圖8 LED設置和故障監控限制 | 圖9 LED功率輸出、LIV、波長曲線 |
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