抗靜電指標差的LED失效分析案例曝光

　　LED靜電失效原理：

　　由于環(huán)境中存在不同程度的靜電，通過(guò)靜電感應或直接轉移等形式LED芯片的PN結兩端會(huì )積聚一定數量的極性相反的靜電電荷，形成不同程度的靜電電壓。當靜電電壓超過(guò)LED的最大承受值時(shí)，靜電電荷將以極短的時(shí)間(納秒)在LED芯片的兩個(gè)電極間放電，從而產(chǎn)生熱量。在LED芯片內部的導電層、PN結發(fā)光層形成1400℃以上的高溫，高溫導致局部熔融成小孔，從而造成LED漏電、變暗、死燈，短路等現象。

　　被靜電擊損后的LED，嚴重的往往會(huì )造成死燈、漏電。輕微的靜電損傷，LED一般沒(méi)有什么異常，但此時(shí)，該LED已經(jīng)有一定的隱患，當它受到二次靜電損傷時(shí)，那就會(huì )出現暗亮、死燈、漏電的機率增大。以金鑒檢測多年的案例分析總結的數據經(jīng)驗總結，當LED芯片受到輕微的、未被覺(jué)察的靜電損傷，這是時(shí)候需要掃描電鏡放大到一萬(wàn)倍以上進(jìn)一步確診，以防更高機率的失效事故發(fā)生。

　　LED靜電擊穿點(diǎn)

　　掃描電鏡下的藍光LED靜電擊穿點(diǎn)(放大倍數：1.3萬(wàn)倍)

　　抗靜電指標取決于LED芯片，但LED燈更容易受靜電損傷

　　LED燈珠的抗靜電指標高低取決于LED發(fā)光芯片本身，與封裝材料預計封裝工藝基本無(wú)關(guān)，或者說(shuō)影響因素很小，很細微；LED燈更容易遭受靜電損傷，這與兩個(gè)引腳間距有關(guān)系，LED芯片裸晶的兩個(gè)電極間距非常小，一般是一百微米以?xún)劝?，而LED引腳則是兩毫米左右，當靜電電荷要轉移時(shí)，間距越大，越容易形成大的電位差，也就是高的電壓。所以，封成LED燈后往往更容易出現靜電損傷事故。

　　抗靜電指標好是LED綜合性能可靠的綜合體現

　　LED的抗靜電指標絕不僅僅是簡(jiǎn)單地體現它的抗靜電強度，了解LED芯片外延設計制造的的人都了解，LED芯片的抗靜電能力與其漏電值、整體可靠性有很大關(guān)系，更是一個(gè)綜合質(zhì)素和可靠性的綜合體現，因為往往抗靜電能力高的LED，它的光特性、電特性都會(huì )好。

　　LED的抗靜電指標好不僅僅意味著(zhù)能適用在各類(lèi)產(chǎn)品和各種環(huán)境中，還是LED綜合性能可靠的體現。根據金鑒的實(shí)際測量的不同品牌的LED抗靜電指標，各國際LED大廠(chǎng)的LED抗靜電通常都比較好，而部分B品、雜牌、韓系芯片抗靜電仍然很低。LED抗靜電能力的高低是LED可靠性的核心體現。即便LED的亮度和電性指標都很好，一旦其的抗靜電指標低，就很容易因靜電損傷而死燈。對LED的抗靜電指標進(jìn)行測試是一項非常有效的品控手段，有效地評估LED抗靜電能力刻不容緩?！　∈煜?span id="wci4ucm" class="hrefStyle">LED制造的企業(yè)都深知目前中國LED業(yè)內的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，不同質(zhì)量的LED，穩定性相差甚遠，使得不少LED用戶(hù)困惑無(wú)比，甚至深受其害。其中又以因LED抗靜電低引起的暗亮、死燈、漏電等質(zhì)量事故最為損失慘重，尤其目前有一些質(zhì)量并不高的部分臺系次品、韓系企業(yè)的芯片大量涌入中國，即便是大廠(chǎng)產(chǎn)品，中間銷(xiāo)售商以次充好的現象時(shí)常發(fā)生，很多公司面臨著(zhù)巨大的風(fēng)險。金鑒認為，LED封裝企業(yè)只要選用抗靜能力電高一些的LED芯片，做好封裝工序，產(chǎn)品肯定可靠穩定。LED照明廠(chǎng)以及LED用戶(hù)要經(jīng)常對燈珠進(jìn)行抗靜電能力測試。選用抗靜電高的LED是管控LED品質(zhì)的核心所在。

　　檢測方法：

　　不少企業(yè)都是通過(guò)“試用一批看看后果”的方式來(lái)評估LED的抗靜電，其實(shí)這是一個(gè)周期長(cháng)、誤差大、成本高、風(fēng)險大的評估方法。這些企業(yè)往往在LED靜電方面都是吃一塹，長(cháng)半智，加上對LED靜電測試的不了解，更多的情況下，這是不得已而為之的做法。

　　靜電擊穿LED是個(gè)非常復雜的過(guò)程，因此，測試LED抗靜電時(shí)的模擬設計也是一項很復雜、很?chē)乐數臏y試。金鑒認為采用抗靜電測試相關(guān)儀器來(lái)測試時(shí)是最規范的，也是最科學(xué)、最客觀(guān)、最直接的方法。LED抗靜電測試時(shí)必須將靜電直接施加在LED的兩個(gè)引腳上，儀器的放電波形有嚴格的標準規定。其中有人體模式和機械模式兩種都是用來(lái)測量被測物體的抗靜電能力強弱的。

　　人體模式：當靜電施加到被測物體時(shí)，串聯(lián)一個(gè)330歐姆的電阻施加出去，這就是模擬人與器件的接觸時(shí)電荷轉移，人與物體接觸通常也在330歐姆作用，所以叫人體模式。

　　機械模式：將靜電直接作用于被測器件上，模擬工具機械直接將靜電電荷轉移到器件上，所以叫機械模式。

　　這兩者測試儀器內部靜電電荷儲能量、放電波形也有些區別。采用人體模式測試的結果一般為機械模式的8-10倍。LED行業(yè)，以及現在很多企業(yè)都使用人體模式的指標。

　　檢測標準：

　　國際電工委員會(huì )的《IEC61000-4-2》

　　國際靜電協(xié)會(huì )的《ANSI-ESDSTM5.1.2-1999》

　　國際電子器件聯(lián)合委員會(huì )的《JESD22-A114/115c》

　　測試樣品種類(lèi)：

　　芯片裸晶、插腳式燈珠、常規貼片燈珠、食人魚(yú)、大功率燈珠、模組及數碼管、LED燈具。

　　LED抗靜電指標：

　　LED可以參考目前較權威的國際靜電協(xié)會(huì )(ANSI)標準中的電壓等級分類(lèi)：

　　LED抗靜電指標　　案例分析一：

　　客戶(hù)寄來(lái)16顆封裝好的LED藍光燈珠，經(jīng)過(guò)分光測試，但未經(jīng)過(guò)老化，抗靜電的環(huán)境測試，要求查找LED芯片的漏電原因。經(jīng)過(guò)激光掃描顯微儀漏電點(diǎn)查找和芯片質(zhì)量鑒定。金鑒發(fā)現過(guò)多的芯片缺陷導致該芯片易受靜電沖擊，可靠性差。我們建議企業(yè)選用抗靜電指標較高的LED芯片。

　　LED芯片

　　綠色、藍色、白色、粉紅色LED這類(lèi)LED芯片大多數都屬于雙電機構，它的兩個(gè)電極層之間的厚度要比單電極的要薄很多，材質(zhì)也不一樣。因此它的抗靜電往往弱一些。所以藍、綠、白這類(lèi)LED往往更容易死燈、漏電。

　　激光顯微掃描顯微儀，芯片漏電點(diǎn)查找

　　反向電壓1V，測得漏電流0.159mA，激光掃描儀觀(guān)測到芯片上的漏電

　　金鑒選取一個(gè)燈珠，用細針挑掉表面硅膠，對裸露的芯片做掃描電鏡微觀(guān)檢測。經(jīng)掃描電鏡微觀(guān)檢查，發(fā)現芯片非電極材料層熔融，熔成小洞，形貌特征為靜電擊穿點(diǎn)，再次使用激光掃描顯微儀確認所顯示的缺陷點(diǎn)為靜電擊穿點(diǎn)。

　　除了靜電擊穿點(diǎn)外，金鑒發(fā)現芯片外延層表面有大量黑色空洞，這些缺陷表明外延層晶體質(zhì)量較差，PN結內部存在缺陷。這些缺陷導致芯片易受靜電損傷，抗靜電能力差。我們建議外延廠(chǎng)商做外延片TEM和SIMS分析，進(jìn)一步解析產(chǎn)生空洞的原因，從而改善生產(chǎn)工藝。

　　芯片質(zhì)量鑒定過(guò)程中，金鑒發(fā)現芯片表面有很多缺陷空洞，這些空洞是芯片晶體質(zhì)量較差的外在體現。

　　案例分析二：

　　客戶(hù)送測LED數碼管，樣品有反向漏電現象，要求金鑒檢測分析失效原因。金鑒檢測對其進(jìn)行LED抗靜電能力檢測，發(fā)現芯片抗靜電能力為500V，抗靜電能力極差，一般環(huán)境下幾乎不具備抗靜能力，在燈珠的生產(chǎn)和使用過(guò)程中極易受到靜電損傷，導致漏電現象，建議客戶(hù)加強芯片的來(lái)料檢驗。

　　我們選取一個(gè)不良樣品，正表筆接1腳，負表筆接12腳，即將K1反接，發(fā)現其存在4mA的反向電流。又將正表筆分別接8、9、10、11腳，負表筆接12腳，1A、2A、3A、4A均能發(fā)光，也就是說(shuō)，將K1反向分別和1A、2A、3A、4A串接時(shí)，1A、2A、3A、4A均能發(fā)光，進(jìn)一步說(shuō)明該樣品K1異常，反向能導通。

　　數碼管電學(xué)性能測試

　　數碼管抗靜電檢測數據

　　紅光LED芯片是單電極結構，它兩個(gè)電極之間的材質(zhì)、厚度、襯底材料與雙電極的藍綠光LED不一樣，所承受的靜電能量要比雙電極的高很多。用潰壩的原理來(lái)講，紅色類(lèi)LED的“壩”修得厚很多，所用的材料也比雙電極的要好一些，它的抗靜電量自然要高很多。但是此款芯片抗靜電能力太差，只有500V。下圖為該紅光芯片靜電擊穿點(diǎn)掃描電鏡觀(guān)察圖片。

　　紅光芯片靜電擊穿點(diǎn)掃描電鏡觀(guān)察圖片