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LED 实时在线老化测试系统
LED 驱动电流、电压、温度、光衰、能量分布和视角参数测量
LED 老化质量控制及其特性参数测量
系统简介
LED‐BI系统是芬兰Nanofoot公司专门为大学、研究机构等对LED进行老化和寿命测试而提供的研究级加速寿命测试系统，用以提高LED的质量和制造工艺。
该系统工作于波长范围为200nm‐1700nm，可对LED Package、LED wafer片和LED Chip进行老化试验并实时在线测量其电学（驱动电流、驱动电压）、光学（光功率、光谱、光色度、光视角、近/远场角等）和物理（温度、湿度）等参数。系统通过特殊的LED装载夹具、电流驱动探针和共享复用积分球方式，可同时对50个LED测试单元实施电流驱动和功率测量，并保证各驱动电流相互独立且互不影响，且提供电流过载保护机制。测试过程中系统通过温度探测器可对LED温度精准控制，采用水冷、TEC制冷片和风冷等多种制冷方式为LED提供良好的散热机制。
所采用LED‐TEST‐AUTO控制软件，可对LED的驱动电流，电压、温度，输出光功率进行实时在线测量/控制，并绘制LED输出光功率和LIV曲线，提供LED光谱及色度图。实验结果采用CVS、PDF和SQL数据库等多种形式存储与输出。
性能和功能特点
工作波长范围：200nm‐1700nm
龙门式LED电流探针驱动和夹具（适用于LED package/wafer/chip）
50 LED实时在线测量 LED近/远场测量
单个LED测试功率可达5W 高精度温度控制+/‐ 0.1 K / cm
十万小时不间断测试 电流驱动模式（脉冲/连续）
真空吸力嘴安放LED 失效产品标记
软件友好界面 Beckhoffs EtherCAT I/O接口，用于数据传输和仪器控制
系统架构
龙门式电流探针机械手
LED装载托盘与夹具
LED电流源驱动模块
LED电流驱动探针视觉系统
积分球功率测量及其微电机控制系统
LEDD‐BI‐SYSTEM控制软件
LED Burnn-In systtem系统架构图
系统模拟效果
图 2. A区域：4块LED 转载模块， B区域：两测试模块， C区域：LED标识工具，D区域：视觉定位模块.
系统原理简介：
LED‐BI‐System内含一套龙门式电流探针机械手、二套高精度黑白摄像系统、四块LED夹具和基板、VIS‐NIR分光光度计、175mm积分球（可选）、真空夹盘温度控制器、FF/NF Scanner和一套LED‐BI ‐ est软件，系统采用Beckhoffs EtherCAT I/O协议用于和微机实现数据传输和仪器控制。
待检LED（package、chip、wafer）首先通过Pick‐up tool通过真空引力嘴置放于LED夹具中。系统通过LED‐BI–Test软件控制LED驱动电流大小和工作温度，采用龙门式机械手精密移动LED电流驱动探针，并通过高精度黑白摄像系统对LED探针驱动空间位置进行精准定位。
系统积分球通过电位移台可测试夹具中任一LED， 并检测其光通量、光强、和光功率等值，其尾部连接分光光度计输出，用于检测LED的光谱特性。系统配备的FF/NF Scanner可对LED输出光的近/远场角进行测量，以检测其输出的光功率分布和发射角度范围。
系统所有测试结果均可通过LED‐BI–Test软件输出，软件可检测出各单个LED驱动电流/电压值、温度和光功率值。并绘制输出LED 光功率、LIV特性曲线和色度分析CIE1931色度坐标图，实验结果将采用CVS、PDF和SQL数据库等多种形式存储与输出。
龙门式电流探针机械手
通过电流探针机械手精准控制电流探针位置并对LED驱动，所采用探针为四点式探针以避免因接触点瞬间电阻变化所产生的误差。
活动区域范围(mm²) | 500 x 500 ~1500x1500 |
位移精度(um) | 150 |
探针类型 | 4点探针 |
LED托盘与夹具
图3 载物台示意图 （A）LED电载板 （B）外设电路连接片 （C）LED电信号数据传输接口 | 图4 LED装载板（HB-LED星型封装）另可提供其它封装类型装载板 |
模块参数
尺寸（mm²）L x W | 300 x 350 一块夹具 | 300 x 800 两块夹具 | 800 x 800 四块夹具 | 150 x 200 Water 夹具 |
安放LED数量（片）（chip，water，package） | 10 | 25 | 50 | 50 |
LED 电信号输出接口 | LED 夹具 板侧信号输出接口边负责将LED 信号从夹具输出至LED 测试电路模块。 | |||
散热方式 | 水冷：速率>4L/min；温度传感器检测水冷进/出口温度 | |||
视觉定位控制系统
LED Burn-In system 包含两套CCD 视觉系统，用于LED 注入电流探针位置的精确控制。其通过两微摄像机调整探针空间方位，并将电流探针准确移至LED 驱动电极处点亮LED 。
视觉系统参数
视觉系统参数（高精度） | |
探测器类型 | Si CCD |
工作波长（nm） | 200nm-1700nm |
相机尺寸（英寸） | 2/3" |
像素 | 500 万像素 |
视角范围/mm | 0.72 x 0.53 |
像素点分辨率/mm | 0.25 |
焦深/um | 3.5 |
分辨率/um | 1 |
照明 | 同轴、单色光 |
电流驱动模块
可选脉冲式（average injected power is low and pulse is so short that emitter does not have time to heat during the pulse.）或连续式电流驱动模式，每种模式可提供五种电流大小的驱动
驱动电流型号 | **电流 | 电流精度 | **输出电压 | 信噪比 | 电压测量精度 |
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 | - | - | - | - | - |
电流驱动
光能量测量模块
系统采用5.3英寸积分球配备一大面积光敏二级管，通过微电机位移系统可将LED出射光全部照至积分球类，通过积分球及其配套软件计算光通量、光强度、光功率等值。此外，其还可提供尾部光纤接头输出，用以LED光谱测量。
模块参数
积分球尺寸(英寸) | 光敏二级光管 | ||
5.3” | Si型二级管 | InGaAs | |
工作波长nm | 190‐1100 nm | 900‐1700 nm | |
探测区域面积mm2 | 27 | 78 | |
探测器上升沿时间 | 0.2 μs | 0.6 μs |
LED光谱测量模块
由积分球尾部提供光纤输出接头，将其外接至分光光度计可进行LED光谱实时在线分析。
模块参数
探测器类型 | Si‐CCD或InGaAs |
工作波长(nm) | 200‐1700 |
像素精度(M pixels) | 512-3648 |
半宽精度（FWHM）nm | 0.25-1.5 |
输出尾纤 | SMF‐28（可定制） |
光纤连接头 | FC/PC（可定制） |
LED 近/远场测量模块
LED远场角测量
LED‐BI‐system采用Si、InGaAs 、RGB‐detectors探测器配备360°旋转盘，用以测量任意LED出射方向的远场角，并描绘出LED色度角度的3D图，所测量的标准参照CIE1931色度标准。此模块可用于LED数值孔径NA值的分析。
模块参数
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近场测量
通过LED的近场测分析LED光强的能量分布及其视角值。
模块参数
探测器类型 | Si CCD |
视角宽度(mm) | 5‐10 mm |
像素点精度(μm) | 8 μm |
**输出光功率(W) | 1W (大功率可提供ND‐filter衰减测量) |
（真空点亮夹盘与温度控制模块）
LED‐BI‐systemt 配备了一个或通过真空夹盘温度控制器来精确控制LED的工作温度，温度控制范围可根据客户需求进行定制（‐30°C~150°C）。
模块参数
温度范围（°C） | ‐30~150 |
温控区域（mm2） | 308mm x 308mm |
温度精度 | +/‐ 0.1 K / cm |
温控方式 | TEC制冷、热片/基板电阻加热 |
LED‐BI‐SYSTEM 控制管理软件
LED‐BI‐SYSTEM系统软件可显示出所有测试结果，软件可检测出各单个LED驱动电流/电压值、温度和光功率值。并绘制输出LED 光功率、LIV特性曲线和色度分析CIE1931色度坐标图，实验结果将采用CVS、PDF和SQL数据库等多种形式存储与输出。此外软件通过脚本生成器提供离线浏览功能，对测试进行监控。
软件控制界面
图6 软件操作控制界面 | 图7 LED驱动工作参数动态设置 |
图8 LED设置和故障监控限制 | 图9 LED功率输出、LIV、波长曲线 |
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