CIE 226-2017 High-Speed Testing Methods for LEDs.pdf

1、 TECHNICAL REPORT High-Speed Testing Methods for LEDs CIE 226:2017 UDC: 535.24 Descriptor: Photometry 535.243 Spectrophotometry ISBN 978-3-902842-69-5 DOI: 10.25039/TR.226.2017 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illumination (CIE) is an organization devoted

2、to international co -operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are: 1. To provide an international forum for the disc

3、ussion of all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of light and lighting. 3. To provide guidance in the

4、 application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all matters relating to the science, technology and art in the fields of light

5、and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organizations concerned with matters related to the science, technology, standardization and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried out by Technical Committees, organized in seven

6、 Divisions. This work covers subjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary session is held every four years at which the work of t

7、he Divisions and Technical Committees is reported and reviewed, and plans are made for the future. The CIE is recognized as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organizations. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE La C

8、ommission Internationale de lEclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internationale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la science de lclairage. Elle est compose de Comits Nationaux reprsentant environ 40 pays. L

9、es objectifs de la CIE sont : 1. De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lclairage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. 2. Dlaborer des normes et des mthodes de base pour la mtrologie

10、 dans les domaines de la lumire et de lclairage. 3. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumire et de lclairage. 4. De prparer et publier des normes, rapports et autres textes, concernant t

11、outes matires relatives la science, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations internationales c oncernes par des sujets relatifs la science, la technologie, la normalisation et lart

12、dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par Comits Techniques, organiss en sept Divisions. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les rapports techniques labors par ces Divisions Int

13、ernationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait rapport et tablit les projets de travaux pour lavenir. La CIE est reconnue comme la plus haute autorit en ce qui concerne tous

14、les aspects de la lumire et de lclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internationalen Zusammenarbeit und dem Aust

15、ausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Lndern. Die Ziele der CIE sind: 1. Ein internationales Forum fr Diskussionen aller Fragen auf dem Gebiet der Wissensch

16、aft, Technik und Kunst der Lichttechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Lndern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Messtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. 3. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzipien und Vorgngen in der Entwicklu

17、ng internationaler und nationaler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. Liaison und technische Zusammenarb

18、eit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird durch Technische Komitees geleistet, die in sieben Divisionen organisiert sind. Diese Arbeit betrifft Gebie

19、te mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind auf der ganzen Welt anerkannt. Alle vier Jahre findet eine Session statt, in der die Arbeiten der Divisionen be

20、richtet und berprft werden, sowi e neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen. Published by the COMMISSION IN

21、TERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Babenbergerstrasse 9, A-1010 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 e-mail: ciecbcie.co.at www.cie.co.at CIE 2017 - All rights reserved TECHNICAL REPORT High-Speed Testing Methods for LEDs CIE 226:2017 UDC: 535.24 Descriptor: Photometry 535.243 Spectrophot

22、ometry ISBN 978-3-902842-69-5 DOI: 10.25039/TR.226.2017 CIE 226:2017 II This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 2-64 of Division 2 “Physical Measurement of Light and Radiation” and has been approved by the Board of Administration as well as by Division 2 of the Commission

23、Internationale de lEclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of t

24、his document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 2-64 de la Division 2 “Mesures Physiques de la Lumire et des Radiations“ et a t approuv par le Bureau et Division 2 de la Commission Internationale de lEclairage, pour tude et emploi. Le document ex

25、pose les connaissances et lexprience actuelles dans le domaine particulier de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la CIE et par tous les intresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom

26、Technischen Komitee CIE 2-64 der Division 2 “Physikalische Messungen von Licht und Strahlung“ ausgearbeitet und vom Vorstand sowie Division 2 der Commission Internationale de lEclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Ge

27、biet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Any mention of organizations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst eve

28、ry care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produit nimplique pas une prfrence de la CIE. Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne sa

29、urait tre exhaustif. Die Erwhnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, besteht die Mglichkeit, dass diese nicht vollstnd ig sind. CIE 2017 - All ri

30、ghts reserved CIE 226:2017 III The following members of TC 2-64 “High-speed testing methods for LEDs” took part in the preparation of this Technical Report. The committee comes under Division 2 “Physical Measurement of Light and Radiation”. Authors: Heidel, G. (Chair) Germany Blattner, P. Switzerlan

31、d Cariou, N. France Chou, P.-T. Chinese Taipei Konjhodzic, D. Germany Ng, K.F. Malaysia Ohno, Y. USA Poppe, A. Hungary Sauter, G. Germany Schneider, M. Germany Sperling, A. Germany Young, R. Germany Zong, Y. USA Advisors: Bajorins, D. Netherlands Fong, A. USA Ho, M. Malaysia Kang, J. Korea Muray, K.

32、 USA Ohkubo, K. Japan Oshima, K. Japan Pan, J. China Rowland, B. Finland CIE 226:2017 IV CONTENTS Summary VI Rsum VI Zusammenfassung VI 1 Introduction 1 2 Purpose of the report 1 3 Terminology . 1 4 Factors influencing the LED performance . 3 4.1 Electrical and optical driving conditions . 3 4.2 Ele

33、ctrical driving conditions . 3 4.3 Thermal conditions 5 4.4 Thermal resistance 8 4.5 Thermal impedance . 10 4.6 Subsumption . 11 5 Pulsed operating conditions 12 5.1 Operating conditions . 12 5.2 Rated operating conditions 12 5.3 Single-pulse measurement 12 6 Industrial high-speed testing of LED dev

34、ices 13 6.1 LED back end production testing . 13 6.2 Environment control 14 6.3 Measurement procedures 14 6.4 Measurement geometry of high-speed automated LED testing machines . 15 6.4.1 Integrating sphere . 15 6.4.2 Averaged luminous intensity 16 6.5 Challenges 16 7 High-speed testing of LED chips

35、on wafer 16 7.1 LED front end production testing . 16 7.2 Environment control 16 7.3 Measurement procedure 17 7.4 Measurement geometry . 17 7.5 Radiometry and spectral measurement 17 7.5.1 Integrating sphere . 18 7.5.2 Huge Si detector 20 7.5.3 Fibre-optical prober . 20 7.5.4 Microscope 21 7.5.5 Dif

36、ferent probing types 21 7.6 Single-die testing 22 7.7 Multi-die testing . 22 7.8 Tape testing 23 8 Correlation between measurements on different levels . 24 9 Conversion of values obtained at rated operation conditions and real operating conditions . 24 10 Uncertainty of measurement . 25 10.1 Contri

37、butions from non-perfect instruments . 25 10.2 Measurement models 25 CIE 226:2017 V 10.2.1 Laboratory setup . 26 10.2.2 Production setup . 26 10.2.3 Predictive calculations . 27 10.2.4 Production signal measurement . 27 10.2.5 Example 28 10.2.6 Alternative method for wafers: lamp factors . 29 11 Tra

38、ceability. 30 11.1 Metrological traceability . 30 11.2 Metrological traceability chain . 30 Annex A Thermal management of LED applications 31 References . 34 CIE 226:2017 VI HIGH-SPEED TESTING METHODS FOR LEDS Summary There are significant differences between LED packages or LED chips and convention

39、al light sources which require measurements under specific measurement conditions. The absence of a heat sink allows only to use short current pulses for the optical measurements in order to avoid significant heating of the device under test. The readings under these pulsed conditions can be convert

40、ed into values under the final application conditions e.g. by using the corresponding datasheet information. The high-speed measurement procedures necessary for high-volume production testing require also special measurement configurations. These are based on the recommendations of the Technical Rep

41、ort CIE 127:2007 or should at least be traceable back to these. This report describes in detail the measurement procedures and configurations that can be used to perform high-speed measurements on LED packages and LED chips. Specific properties of LEDs which need to be considered (e.g. current and t

42、emperature dependency of electrical and optical properties) are also highlighted. PROCEDURE DE MESURE A GRANDE VITESSE DES LEDS Rsum Il existe des diffrences significatives entre les LEDs en botiers ou les puces LEDs et les sources de lumire conventionnelles qui impliquent des conditions de mesures

43、spcifiques. Une absence de dissipateur thermique oblige travailler avec de brves impulsions de courant afin dviter lchauffement du dispositif sous test. Les valeurs obtenues en mode puls pourront tre ensuite converties en valeurs correspondant aux conditions de lutilisation finale, par exemple en ut

44、ilisant les donnes de la fiche produit. Les procdures de mesure en impulsionnel, ncessaires pour les tests de productions en srie, demandent des configurations de mesures spcifiques. Ces configurations sont bases sur les recommandations du rapport technique CIE 127:2000 ou au moins raccordables ces

45、recommandations. Ce rapport dcrit en dtail les procdures de mesures et les configurations qui peuvent tre utilises pour mesurer les LEDs en boitiers ou les puces LEDs en impulsionnel. Les proprits des LEDs qui doivent tre prises en compte (cest-dire le courant et la dpendance en temprature des propr

46、its lectriques et optiques) sont aussi dtailles. HOCHGESCHWINDIGKEITSMESSMETHODEN FR LEDS Zusammenfassung Wesentliche Unterschiede zwischen LED Bauteilen oder LED Chips einerseits und konventionellen Lichtquellen andererseits erfordern Messungen unter spezifischen Bedingungen. Die Abwesenheit einer

47、Wrmesenke erlaubt fr die Durchfhrung der optischen Messungen nur die Verwendung kurzer Strompulse, um eine wesentliche Erwrmung der Testobjekte zu vermeiden. Die Messwerte fr diese gepulsten Messbedingungen knnen, z.B. unter Verwendung entsprechender Datenblattinformationen, in Werte fr die endgltig

48、en Anwendungsbedingungen umgerechnet werden. Die fr Hochvolumen-Produktionstests erforderlichen Hochgeschwindigkeits-Messprozeduren erfordern ebenfalls spezielle Messanordnungen. Diese basieren auf den Empfehlungen des Technischen Berichts CIE 127:2007 oder sollten zumindest auf diese zurckgefhrt we

49、rden knnen. CIE 226:2017 VII Dieser Bericht beschreibt detailliert die Messprozeduren und -anordnungen, mit denen Hochgeschwindigkeitsmessungen an LED Bauteilen und LED Chips durchgefhrt werden knnen. Spezifische Eigenschaften von LEDs, die bercksichtigt werden mssen (z.B. Strom - und Temperaturabhngigkeit elektrischer und optischer Eigenschaften), werden ebenfalls erlutert. CIE 226:2017 VII