【導(dǎo)讀】隨著新型照明取代傳統(tǒng)照明，LED行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈。LED的品質(zhì)遭到了質(zhì)疑。LED從制造、運(yùn)輸、裝配到使用過(guò)程中，都有可能引起LED的靜電損傷。直接導(dǎo)致LED過(guò)早的出現(xiàn)漏電流增大，光衰加重，由此可見(jiàn)，靜電對(duì)LED的品質(zhì)至關(guān)重要。
LED的抗靜電指標(biāo)絕不僅僅是簡(jiǎn)單地體現(xiàn)它的抗靜電強(qiáng)度，LED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)整體質(zhì)素和可靠性的綜合體現(xiàn)。因?yàn)橥轨o電高的LED，它的光特性、電特性都會(huì)好。金鑒檢測(cè)為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)客戶提供第三方LED抗靜電能力測(cè)試服務(wù)，協(xié)助客戶采購(gòu)到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
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(yīng)或直接轉(zhuǎn)移等形式LED芯片的PN結(jié)兩端會(huì)積聚一定數(shù)量的極性相反的靜電電荷，形成不同程度的靜電電壓。當(dāng)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(nèi)部的導(dǎo)電層、PN結(jié)發(fā)光層形成1400℃以上的高溫，高溫導(dǎo)致局部熔融成小孔，從而造成LED漏電、變暗、死燈，短路等現(xiàn)象。
被靜電擊損后的LED，嚴(yán)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(dāng)它受到二次靜電損傷時(shí)，那就會(huì)出現(xiàn)暗亮、死燈、漏電的機(jī)率增大。以金鑒檢測(cè)多年的案例分析總結(jié)的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)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(jī)率的失效事故發(fā)生。
圖1：LED靜電擊穿點(diǎn)；掃描電鏡下的藍(lán)光LED靜電擊穿點(diǎn)(放大倍數(shù)：1.3萬(wàn)倍)
抗靜電指標(biāo)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(biāo)高低取決于LED發(fā)光芯片本身，與封裝材料預(yù)計(jì)封裝工藝基本無(wú)關(guān)，或者說(shuō)影響因素很小，很細(xì)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，一般是一百微米以內(nèi)吧，而LED引腳則是兩毫米左右，當(dāng)靜電電荷要轉(zhuǎn)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(xiàn)靜電損傷事故。
抗靜電指標(biāo)好是LED綜合性能可靠的綜合體現(xiàn)
LED的抗靜電指標(biāo)絕不僅僅是簡(jiǎn)單地體現(xiàn)它的抗靜電強(qiáng)度，了解LED芯片外延設(shè)計(jì)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(xiàn)，因?yàn)橥轨o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(biāo)好不僅僅意味著能適用在各類產(chǎn)品和各種環(huán)境中，還是LED綜合性能可靠的體現(xiàn)。根據(jù)金鑒的實(shí)際測(cè)量的不同品牌的LED抗靜電指標(biāo)，各國(guó)際LED大廠的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(xiàn)。即便LED的亮度和電性指標(biāo)都很好，一旦其的抗靜電指標(biāo)低，就很容易因靜電損傷而死燈。對(duì)LED的抗靜電指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試是一項(xiàng)非常有效的品控手段，有效地評(píng)估LED抗靜電能力刻不容緩。
熟悉LED制造的企業(yè)都深知目前中國(guó)LED業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，不同質(zhì)量的LED，穩(wěn)定性相差甚遠(yuǎn)，使得不少LED用戶困惑無(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(tái)系次品、韓系企業(yè)的芯片大量涌入中國(guó)，即便是大廠產(chǎn)品，中間銷售商以次充好的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，很多公司面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。金鑒認(rèn)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(wěn)定。LED照明廠以及LED用戶要經(jīng)常對(duì)燈珠進(jìn)行抗靜電能力測(cè)試。選用抗靜電高的LED是管控LED品質(zhì)的核心所在。
[page]
檢測(cè)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(píng)估LED的抗靜電，其實(shí)這是一個(gè)周期長(zhǎng)、誤差大、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大的評(píng)估方法。這些企業(yè)往往在LED靜電方面都是吃一塹，長(zhǎng)半智，加上對(duì)LED靜電測(cè)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(fù)雜的過(guò)程，因此，測(cè)試LED抗靜電時(shí)的模擬設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)很復(fù)雜、很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試。金鑒認(rèn)為采用抗靜電測(cè)試相關(guān)儀器來(lái)測(cè)試時(shí)是最規(guī)范的，也是最科學(xué)、最客觀、最直接的方法。LED抗靜電測(cè)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(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其中有人體模式和機(jī)械模式兩種都是用來(lái)測(cè)量被測(cè)物體的抗靜電能力強(qiáng)弱的。
人體模式：當(dāng)靜電施加到被測(cè)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(zhuǎn)移，人與物體接觸通常也在330歐姆作用，所以叫人體模式。
機(jī)械模式：將靜電直接作用于被測(cè)器件上，模擬工具機(jī)械直接將靜電電荷轉(zhuǎn)移到器件上，所以叫機(jī)械模式。
這兩者測(cè)試儀器內(nèi)部靜電電荷儲(chǔ)能量、放電波形也有些區(qū)別。采用人體模式測(cè)試的結(jié)果一般為機(jī)械模式的8-10倍。LED行業(yè)，以及現(xiàn)在很多企業(yè)都使用人體模式的指標(biāo)。
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：
國(guó)際電工委員會(huì)的《IEC61000-4-2》
國(guó)際靜電協(xié)會(huì)的《ANSI-ESDSTM5.1.2-1999》
國(guó)際電子器件聯(lián)合委員會(huì)的《JESD22-A114/115c》
測(cè)試樣品種類：
芯片裸晶、插腳式燈珠、常規(guī)貼片燈珠、食人魚、大功率燈珠、模組及數(shù)碼管、LED燈具。
案例分析一：
客戶寄來(lái)16顆封裝好的LED藍(lán)光燈珠，經(jīng)過(guò)分光測(cè)試，但未經(jīng)過(guò)老化，抗靜電的環(huán)境測(cè)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(xiàn)過(guò)多的芯片缺陷導(dǎo)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(biāo)較高的LED芯片。
綠色、藍(lán)色、白色、粉紅色LED這類LED芯片大多數(shù)都屬于雙電機(jī)構(gòu)，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(lán)、綠、白這類LED往往更容易死燈、漏電。
圖2：激光顯微掃描顯微儀，芯片漏電點(diǎn)查找
反向電壓1V，測(cè)得漏電流0.159mA，激光掃描儀觀測(cè)到芯片上的漏電
金鑒選取一個(gè)燈珠，用細(xì)針挑掉表面硅膠，對(duì)裸露的芯片做掃描電鏡微觀檢測(cè)。經(jīng)掃描電鏡微觀檢查，發(fā)現(xiàn)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(rèn)所顯示的缺陷點(diǎn)為靜電擊穿點(diǎn)。
圖3
[page] 除了靜電擊穿點(diǎn)外，金鑒發(fā)現(xiàn)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(jié)內(nèi)部存在缺陷。這些缺陷導(dǎo)致芯片易受靜電損傷，抗靜電能力差。我們建議外延廠商做外延片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。
圖4
案例分析二：
客戶送測(cè)LED數(shù)碼管，樣品有反向漏電現(xiàn)象，要求金鑒檢測(cè)分析失效原因。金鑒檢測(cè)對(duì)其進(jìn)行LED抗靜電能力檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致漏電現(xiàn)象，建議客戶加強(qiáng)芯片的來(lái)料檢驗(yàn)。
我們選取一個(gè)不良樣品，正表筆接1腳，負(fù)表筆接12腳，即將K1反接，發(fā)現(xiàn)其存在4mA的反向電流。又將正表筆分別接8、9、10、11腳，負(fù)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(dǎo)通。
圖5：數(shù)碼管電學(xué)性能測(cè)試
紅光LED芯片是單電極結(jié)構(gòu)，它兩個(gè)電極之間的材質(zhì)、厚度、襯底材料與雙電極的藍(lán)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)掃描電鏡觀察圖片。
圖6：紅光芯片靜電擊穿點(diǎn)掃描電鏡觀察圖片
相關(guān)閱讀：
一步到位：如何做好LED靜電防護(hù)？
如何降低靜電干擾？靜電屏蔽電路來(lái)解圍
深度剖析：集成電路殺手——可怕的靜電
