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LED芯片漏电原因深度解析

发布时间:2022-08-06 02:04:07 来源:米乐捕鱼王


  封装完成后的测验时就有;有些是在库房放置一段时刻后呈现;有些是在老化一段时刻后呈现;有些是在客户焊接后呈现;有些是在客户运用一段时刻后呈现。而对

  在导言部分,罗列了一些人给出的构成LED漏电的原因。依据自己多年处理LED问题及运用LED的经历,自己以为,在现在,最或许导致LED产生漏电的主要原因排序应该如下:

  问题简直排到了最终,简直推翻了职业乃至专家的知道。为什么把静电问题排在了最终,后边再谈详细原因。

  是十分小的,尘埃等易对它产生遮盖效果,最重要的是尘埃、水汽、各种杂质离子会附着与芯片外表,不只会在外表对芯片内部产生效果,还会分散进入芯片内部产生效果。比方,铜离子、钠离子都很简略分散进入半导体材猜中,十分细小的数量就能够使半导体器材的功用严峻恶化。关于半导体器材的制作,一般都要求有净化等级十分高的洁净厂房。能够调查一下LED封装厂,上千家之中有几家的厂房能有什么样的洁净等级?绝大多数都是能与大气直接相通的房间,底子谈不上净化。尽管有人会说,“咱们的厂房没有尘埃,很洁净”,但是,洁净程度不是用眼睛来看的!眼睛是底子看不到芯片出产和封装要求的洁净程度的,有必要是用专门的仪器来检测。不只仅要求厂房要到达要求的洁净度,对涉及到芯片暴露的工序,作业人员要穿净化作业服,戴作业帽,戴口罩,作业人员不许涂化妆品等。这些个苛刻出产条件,现在对LED封装厂来讲,不是想不到,便是不肯做。不肯做的原因十分简略,本钱上的添加无法承受竞赛太剧烈。封装厂房达不到要求的洁净程度,那么,LED的质量问题就来了。

  LED芯片以及现在许多厂家的芯片,都没有在芯片的旁边面做维护层。现在国外一些芯片厂商现已开端在芯片的旁边面做维护层了。但是,现在的维护层一般是选用二氧化硅资料,并且厚度很薄,维护才能是有限的。在洁净度很差的封装厂,仍然会由于沾污构成漏电现象。

  许多芯片由于各种因素,没有对芯片的旁边面做钝化维护,使得芯片划片后,PN结在旁边面暴露于空气中。如图1所示。

  曾经未作旁边面钝化的圆片,划片办法见图2和图3.从图4对实践芯片包装的相片上就能够证明芯片旁边面是不做钝化的。由于从相片上能够看到,芯片旁边面极不规整。为什么这样芯片还能够出厂呢?由于,在芯片厂里,旁边面即便没有维护层,由于厂房的洁净度高,加之暴露时刻不长,旁边面还没有遭到沾污,所以丈量是没有漏电的,就将它们出厂了。

  图5是一个晶体外表处的微观结构示意图。外表处原子外层电子数不饱和,存在悬挂键。这些悬挂键构成外表态能级,引起漏电【3】【4】。并且,这些悬挂键十分有活性,很简略吸附其它分子、原子和离子。所吸附的杂质产生电离,直接就构成了电流通道。这个电流通道相当于给PN结并联了一个电阻。

  厂在芯片旁边面也做上了二氧化硅维护层。但是,即便是PN结端面上有二氧化硅维护层,由于制作方面的原因,在二氧化硅中或许会有可移动的离子存在。在封装厂的不洁净环境中,还会收到沾污。所以,没有杰出的二氧化硅出产工艺,没有到达洁净等级的封装厂房,LED封装后呈现漏电的几率仍然是很高的。

  二氧化硅层中的可移动离子移动到半导体资料外表,或许使P型资料外表产生耗尽层,严峻的产生反型,然后产生漏电。在一般的硅半导体器材制作中,为了处理二氧化硅的问题,一般会在芯片功用制作结束后,再添加一层钝化层。现在常用的是氮化硅资料。这样会大大提高半导体器材的稳定性和牢靠性【5】【6】。这些不是本文评论的内容,提及它仅仅提示咱们,在LED中,尽管有二氧化硅维护层,但后期不注意保洁,仍是会有漏电问题的。

  关于二氧化硅中含可移动离子及沾污对漏电的更详细的剖析,读者能够参阅有关半导体的资料,如半导体物理、晶体管原理、半导体器材制作工艺等书本。

  晶体管的漏电,或许是PN结制作不良产生,也或许是沾污构成。一般,PN结不良或受损产生漏电是不行康复的,具有正、反向漏电情况根本相同的特征,并且常体现为完全穿通。沾污构成的漏电,调查其伏安特性,一般有多种体现,如:正、反向漏电的伏安特性曲线不同;反向击穿电压蠕变;正向伏安曲线蠕变;严峻的也会体现出正、反向都是穿通的情况等。沾污漏电还体现出不稳定性,某些情况下,漏电情况还会暂时康复正常,即暂时不漏电。

  白光LED,测验正向时,有漏电,见图7(a)。测反向时,在反向电压小于某个值时,能够看到有很大的漏电,图7(b)中的反向电压为10V。当着反向电压继续增大时,漏电忽然消失,呈现不漏电的情况。图7(c)中漏电消失时的发现电压约大于10V。此刻再测验正向伏安特性,能够看到,漏电完全消失,LED康复正常。见图7(d)。但是,这种康复正常是暂时的,放置一段时刻后,LED又会呈现漏电。测验时,还会重复上述进程。

  从正、反向的漏电曲线看,它们的漏电程度是不同的。这种反向电压击正常的现象,剖析为外加电场使得沾污离子的再散布,使其远离PN结端面区域。因此使得PN结端面康复正常。但是放置一段时刻,由于温度的改动,或在正向电压效果下,沾污离子又会迁移到PN结端面邻近,从头构成漏电。

  实例二、反向电流蠕变,较高反电下漏电消失。读者能够先看一下附件1的实测视频反向电压击正常的LED。在此示例中能够看到,在施加反向电压时,跟着电压的升高,反向电流忽大忽小,即产生蠕变现象。当着反向电压高到某个值时,漏电流消失了。再测正向特性,能够看到是正常的,没有漏电流了。不过,这种康复正常也是暂时的,放置一段时刻后又会康复漏电情况。

  实例四、反向漏电不是很大,正向电压小于VF时漏电很大,到VF之后漏电变到很小。读者能够先看一下沾污漏电。

  实例五、正向点亮前漏电十分大,到VF时根本正常。而反向漏电远比正向漏电小。读者能够看一下LED非击穿漏电。

  沾污漏电和PN结或体资料受损漏电的区别,有些情况很难直接断定,需求解剖取出芯片来调查剖析。但是,有些现象的确能够区别的。比方上面的六个实例中都是沾污构成的漏电。

  沾污漏电,PN结没有危害,它是由于沾污离子直接或直接参加导电构成的。这种情况在半导体制作职业中是一个常识性的问题,现已有许多外表钝化办法能够很好地处理。LED职业尽管也是归于半导体职业,但是就LED封装职业来看,由于技能门槛低,使得这个职业中有半导体专业知识的人员十分少。成果一个很一般的、常识性的问题,在LED职业中成了一个难以克服的问题。之所以难以克服,便是由于没有找到问题的症结。而是一味相信于一些“专家”对静电问题的夸张宣扬。成果是花费了许多资金和精力于防静电上。防静电办法做得十分好了,但是漏电现象仍然产生。

  在前面现已提到了,绝大多数的封装厂的出产环境十分差,没有净化厂房,LED漏电现象是在所难免的。所以有些人会提到,入库产品每隔几天拿出来测验就会发现有漏电的产品呈现。“净化厂房”可不是指用拖布拖得干干净净的、底板十分亮的便是净化厂房。在LED的固晶、焊线、封胶等工序中,由于芯片会暴露于空气中,所以有必要要有到达必定等级的净化程度。净化等级是要用仪器来丈量承认的,绝不是用眼睛能看到的。

  应力,往往是看不见的,若对资料的一些根本性质不了解,则不太好了解这个问题。其实,应力相关于日常可见的比方推土机推土那样大的力比较,它是很难看得见的效果力罢了。它往往是由于资料的热胀冷缩而产生。应力的影响往往是在两种资料的触摸方面。应力效果能够是直接压力,也能够是与资料触摸面平行的横向剪切力。举一个简略的比方,在两根铁轨之间是有一段空隙的,假如将这个空隙留的很小,当温度升高时,两段铁轨的端面就会触摸,乃至揉捏变形。这便是应力效果。当两种不同的资料粘结触摸时,当温度产生改动,若两种资料的热膨胀系数不同,在触摸面由于延伸或缩短标准不同,相互间产生拉力,这便是横向的剪切应力。

  在LED中,有不同的资料,热膨胀系数是不同的。在温度重复改动的进程中,各物质不或许回复到它们开始触摸时的情况,相互间会保持有必定的应力。但不必定会有害。只有当膨胀系数相差太大、工艺条件不合当令,就或许留下很大的应力。这个应力严峻的会压坏芯片,使芯片破损,构成漏电、部分区域裂开而不亮,严峻的完全开路不亮。应力不是很大时,有时也会产生严峻的成果。

  原本在LED的旁边面就存在着悬挂键,应力的效果,使得外表原子产生微位移,这些悬挂键的电场愈加处于一种不平衡情况,然后构成端面PN结处的能级情况产生改动,构成漏电。

  这种损坏,和静电损坏的机理是相同的。假如不是当事人自己承认,封装厂的工程师单凭损坏的样品来看,是很难分辩的。

  一般来讲,芯片在制作厂是不简略遭到沾污的。但是,在芯片的后续分选、包装时,是有或许产生沾污的。自己看到过某芯片厂的后续分选、包装车间环境便是没有净化等级的一般厂房。

  芯片底部胶体不均匀,或焊盘下面有空泛,打线时或许危害芯片产生漏电或失效。 焊线机调整不妥,打伤芯片,产生漏电或失效。

  关于静电对LED的损坏问题,自己在一些论坛里有谈过【7】。现在将那些内容搬过来,并加以弥补,以便咱们阅览与了解。

  冲突静电是由于两个物体触摸冲突或别离进程中产生电荷的移动而产生。导体间的冲突留下的静电一般比较弱,这是由于导体的导电才能强,冲突产生的离子会在冲突进程中及停止时很快运动到一同而中和。而绝缘体冲突后,或许会产生较高的静电电压,但是电荷量却很小。这是由于绝缘体自身的物理结构决议的。绝缘体的分子结构中,电子很难脱离原子核的捆绑自在移动,所以,冲突成果也只能产生少数的分子或原子电离。

  感应静电是物体处于电场之中,受电磁场的效果,物体中的电子产生移动而构成电场。感应静电一般只能在导体上产生。空间电磁场对绝缘体的效果能够疏忽。

  220V的市电能够打死人,可人们身上上千伏的电压却打不死人,是何道理? 电容两头的电压满意下列公式:

  依据这个公式能够知道,当电容量很小时,很少的电荷量,就会产生很高的电压。一般咱们的身体、身边的物体,电容都十分小,当产生电荷后,很少的电荷量,也会产生很高的电压。

  由于人体不是绝缘体,所以,身体遍地堆集的静电荷,在有放电通路的情况下,都会聚集过来,所以感觉电流大些,有电击的感觉。人体、金属物品等导体在产生静电后,放电电流会比较大。

  关于绝缘功用好的资料,一个是产生的电荷量十分小,另一方面,产生的电荷,很难活动。电压尽管高,但某处有放电通路时,仅仅触摸点及邻近极小规模内的电荷能够活动放电,非触摸点的电荷则不能放电(谁叫它是绝缘体呢)。故而,便是有上万伏的电压,放电能量也是微乎其微的。如图8所示。

  静电会对LED有危害,并不是LED独有的“专利”,便是用硅资料制作的常用的二极管、三极管,也都会遭到要挟。乃至修建、树木、动物都或许被静电危害(雷电便是一种静电,咱们这儿就不去考虑它了)。

  那么,静电是怎样对电子元件危害的呢?我也不要扯得太远,就只讲半导体器材的问题,并且就局限于二极管、三极管、IC、LED方面。(否则会烦琐太多减弱主题)。

  电对半导体元器材的损坏,最终是有电流的参加。在电流的效果下,由于热而损坏器材。要有电流,就要有电压。但是,半导体二极管有PN结,无论是正向仍是反向,PN结都会有阻挠电流的一个电压规模。正向势垒低,反向势垒则要高许多。在一个电路中,哪里的电阻大,电压就在哪里会集。但就来看LED,电压正向加给LED时,当外电压小于二极管的阈值电压(巨细与资料禁带宽度对应),没有正向电流,电压悉数加在PN结上。电压反向加给LED时,当外电压小于LED的反向击穿电压时,电压也是悉数加在PN结上,此刻,LED的虚焊点也罢,支架也罢、P区也罢、N区也罢,通通都没有电压降!由于没有电流。当着PN结击穿后,外电压才会由电路上的一切电阻分管。哪个当地电阻大,哪个部分承当的电压就高。就LED而言,天然是PN结承当了大部分电压。在PN结上产生的热功率便是它上面的压降乘以电流值。若是电流值不加约束,过高的热量就会将PN结烧坏,PN结失掉效果而穿通。IC为什么会比较怕静电,由于,IC中的每个元件的面积十分小,每个元件的寄生电容也就十分小(往往电路功用就要求寄生电容十分小),所以,少数的静电电荷就会产生很高的静电电压,并且每个元件的功率耐量一般也很小,所以,静电放电就很简略损坏IC。但是一般的分立元件,如一般的小功率二极管、小功率三极管都不是十分怕静电,由于它们芯片的面积比较大,寄生电容也比较大,一般的静定不简略在它们上面堆集高电压。小功率的MOS管,由于栅极氧化层很薄,寄生电容小,所以很简略遭静电损坏,一般会在封装完成后将三个电极短路后出厂。运用中也常要求在焊接完成后再去掉短路线。而大功率的MOS管,由于芯片面积大,一般的静电也不会损坏它们。所以你会看到,现在功率MOS管的三个电极是没有短路线维护的。(前期制作厂仍是将它们短路后出厂的)

  LED实践便是有个二极管,它的面积相对IC内的每个元件来讲,是十分大的。所以LED的寄生电容相对来说也是比较大的。所以,一般场合的静电并不能损坏LED。

  一般场合的静电,尤其是绝缘体上产生的静电,电压会很高,但放电电荷量极微,并且放电电流继续时刻很短。而导体上感应的静电,电压或许不是很高,但是放电电流却或许很大,并且往往是继续的电流。这样对电子元件的危害就十分大。

  先来看一个实验现象。一块金属铁板上带有500V的静电,将LED放到金属板上(放的办法要注意,防止下述的问题产生),咱们说LED会被损坏吗?这儿,LED要被损坏,一般应该是被加上大于其击穿电压的电压,也便是说LED的两个电极要一起触摸金属板,并具有大于击穿电压的电压。由于铁板是良导体,其上遍地的感应电压持平,所谓500V的电压是相关于地而言的,所以,LED两电极间是没有电压的,天然也就不会遭到任何危害了。除非,你将LED 的一个电极触摸铁板,另一个电极你用导体(未戴绝缘手套的手或导线)连接到地或其它导体上。

  上面的实验现象提示咱们,LED在静电场中时,有必要是一个电极触摸静电体,另一个电极要触摸地或其它导体才或许受损。在实践出产和使用中,以 LED那么小的体积,很少有时机产生那样的工作,尤其是批量产生那样的工作。偶尔的事情是或许的。比方,LED处于静电体上,且一个电极触摸到静电体,另一个电极刚好是悬空的,此刻有人去触及了悬空的那个电极,就或许危害LED。

  上面的现象告知咱们,静电问题也不是能够忽视的。 静电放电是要有导电回路的,不是有静电就有危害。上面的现象还提示咱们,当着仅有极少数的漏电问题产生,能够考虑静电偶尔损坏问题。若是许多产生,则更多的或许是芯片沾污或应力的问题。

  自己曾遇到过这样的漏电情况,LED被封装与一个壳体中,LED周围灌有软胶以防水。但是从LED的引线上测到有严峻的漏电。将周围的灌封胶去除后,漏电消失。这儿其实并不是LED漏电,而是灌封胶有问题。

  关于LED的漏电问题,大部分项咱们根本没有什么贰言。而关于芯片沾污和应力构成漏电,LED职业不了解的人想必许多。尤其是LED通过客户的手后再反映漏电,封装厂和芯片厂都会归咎于静电,理由是它们在出厂时是没有漏电的。这其实便是由于沾污或应力问题的存在而导致的牢靠性问题,详细便是前期失效问题。许多封装厂的工程师不了解这些。由于十分多的封装工程师不是学习半导体器材专业的。

  有些不了解的人还会把漏电原因归结于封装厂运用了烂芯片,封装厂也会感到很冤枉。(的确有用烂芯片的,这个也不扫除)。



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