淺談抗靜電指標差的LED失效分析案例

隨著LED業(yè)內競爭的不斷加劇，LED品質受到了前所未有的重視。LED在制造、運輸、裝配及使用過程中，生產設備、材料和操作者都有可能給LED帶來靜電(ESD)損傷，導致LED過早出現漏電流增大，光衰加重，甚至出現死燈現象，靜電對LED品質有非常重要的影響。LED的抗靜電指標絕不僅僅是簡單地體現它的抗靜電強度，LED的抗靜電能力與其漏電值、整體可靠性有很大關系，更是一個整體質素和可靠性的綜合體現。因為往往抗靜電高的LED，它的光特性、電特性都會好。金鑒檢測為LED產業(yè)客戶提供第三方LED抗靜電能力測試服務，協助客戶采購到高質量的產品。

LED靜電失效原理：

由于環(huán)境中存在不同程度的靜電，通過靜電感應或直接轉移等形式LED芯片的PN結兩端會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LED的最大承受值時，靜電電荷將以極短的時間（納秒）在LED芯片的兩個電極間放電，從而產生熱量。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，嚴重的往往會造成死燈、漏電。輕微的靜電損傷，LED一般沒有什么異常，但此時，該LED已經有一定的隱患，當它受到二次靜電損傷時，那就會出現暗亮、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驗總結，當LED芯片受到輕微的、未被覺察的靜電損傷，這是時候需要掃描電鏡放大到一萬倍以上進一步確診，以防更高機率的失效事故發(fā)生。

掃描電鏡下的藍光LED靜電擊穿點（放大倍數：1.3萬倍）

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關，或者說影響因素很小，很細微；LED燈更容易遭受靜電損傷，這與兩個引腳間距有關系，LED芯片裸晶的兩個電極間距非常小，一般是一百微米以內吧，而LED引腳則是兩毫米左右，當靜電電荷要轉移時，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系，更是一個綜合質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、電特性都會好。

LED的抗靜電指標好不僅僅意味著能適用在各類產品和各種環(huán)境中，還是LED綜合性能可靠的體現。根據金鑒的實際測量的不同品牌的LED抗靜電指標，各國際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。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。

熟悉LED制造的企業(yè)都深知目前中國LED業(yè)內的產品質量參差不齊，不同質量的LED，穩(wěn)定性相差甚遠，使得不少LED用戶困惑無比，甚至深受其害。其中又以因LED抗靜電低引起的暗亮、死燈、漏電等質量事故最為損失慘重，尤其目前有一些質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，即便是大廠產品，中間銷售商以次充好的現象時常發(fā)生，很多公司面臨著巨大的風險。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，產品肯定可靠穩(wěn)定。LED照明廠以及LED用戶要經常對燈珠進行抗靜電能力測試。選用抗靜電高的LED是管控LED品質的核心所在。

檢測方法：

不少企業(yè)都是通過“試用一批看看后果”的方式來評估LED的抗靜電，其實這是一個周期長、誤差大、成本高、風險大的評估方法。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是個非常復雜的過程，因此，測試LED抗靜電時的模擬設計也是一項很復雜、很嚴謹的測試。金鑒認為采用抗靜電測試相關儀器來測試時是最規(guī)范的，也是最科學、最客觀、最直接的方法。LED抗靜電測試時必須將靜電直接施加在LED的兩個引腳上，儀器的放電波形有嚴格的標準規(guī)定。其中有人體模式和機械模式兩種都是用來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，串聯一個330歐姆的電阻施加出去，這就是模擬人與器件的接觸時電荷轉移，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(qū)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：

國際電工委員會的《IEC61000-4-2》
國際靜電協會的《ANSI-ESDSTM5.1.2-1999》
國際電子器件聯合委員會的《JESD22-A114/115c》

測試樣品種類：

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會(ANSI)標準中的電壓等級分類：

案例分析一：

客戶寄來16顆封裝好的LED藍光燈珠，經過分光測試，但未經過老化，抗靜電的環(huán)境測試，要求查找LED芯片的漏電原因。經過激光掃描顯微儀漏電點查找和芯片質量鑒定。金鑒發(fā)現過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。

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

反向電壓1V，測得漏電流0.159mA，激光掃描儀觀測到芯片上的漏電

金鑒選取一個燈珠，用細針挑掉表面硅膠，對裸露的芯片做掃描電鏡微觀檢測。經掃描電鏡微觀檢查，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，再次使用激光掃描顯微儀確認所顯示的缺陷點為靜電擊穿點。

除了靜電擊穿點外，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。我們建議外延廠商做外延片TEM和SIMS分析，進一步解析產生空洞的原因，從而改善生產工藝。

芯片質量鑒定過程中，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量較差的外在體現。

案例分析二：

客戶送測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，在燈珠的生產和使用過程中極易受到靜電損傷，導致漏電現象，建議客戶加強芯片的來料檢驗。

我們選取一個不良樣品，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，將K1反向分別和1A、2A、3A、4A串接時， 1A、2A、3A、4A均能發(fā)光，進一步說明該樣品K1異常，反向能導通。

數碼管電學性能測試

數碼管抗靜電檢測數據

紅光LED芯片是單電極結構，它兩個電極之間的材質、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掃描電鏡觀察圖片。