抗静电指标差的LED失效分析案例曝光
19:28:56来源: 互联网
随着业内竞争的不断加剧，LED品质受到了前所未有的重视。LED在制造、运输、装配及使用过程中，生产设备、材料和操作者都有可能给LED带来静电(ESD)损伤，导致LED过早出现漏电流增大，光衰加重，甚至出现死ce灯现象，静电对LED品质有非常重要的影响。LED的指标绝不仅仅是简单地体现它的抗静电强度，LED的抗静电能力与其漏电值、整体可靠性有很大关系，更是一个整体质素和可靠性的综合体现。因为往往抗静电高的LED，它的光特性、电特性都会好。金鉴检测为LED产业客户提供第三方LED抗静电能力测试服务，协助客户采购到高质量的产品。
　　LED静电失效原理：
　　由于环境中存在不同程度的静电，通过静电感应或直接转移等形式的PN结两端会积聚一定数量的极性相反的静电电荷，形成不同程度的静电电压。当静电电压超过LED的最大承受值时，静电电荷将以极短的时间(纳秒)在LED芯片的两个电极间放电，从而产生热量。在LED芯片内部的导电层、PN结发光层形成1400℃以上的高温，高温导致局部熔融成小孔，从而造成LED漏电、变暗、死灯，短路等现象。
　　被静电击损后的LED，严重的往往会造成死灯、漏电。轻微的静电损伤，LED一般没有什么异常，但此时，该LED已经有一定的隐患，当它受到二次静电损伤时，那就会出现暗亮、死灯、漏电的机率增大。以金鉴检测多年的案例分析总结的数据经验总结，当LED芯片受到轻微的、未被觉察的静电损伤，这是时候需要扫描电镜放大到一万倍以上进一步确诊，以防更高机率的失效事故发生。
　　LED静电击穿点
　　扫描电镜下的蓝光LED静电击穿点(放大倍数：1.3万倍)
　　抗静电指标取决于LED芯片，但LED灯更容易受静电损伤
　　LED灯珠的抗静电指标高低取决于LED本身，与材料预计封装工艺基本无关，或者说影响因素很小，很细微；LED灯更容易遭受静电损伤，这与两个引脚间距有关系，LED芯片裸晶的两个电极间距非常小，一般是一百微米以内吧，而LED引脚则是两毫米左右，当静电电荷要转移时，间距越大，越容易形成大的电位差，也就是高的电压。所以，封成LED灯后往往更容易出现静电损伤事故。
　　抗静电指标好是LED综合性能可靠的综合体现
　　LED的抗静电指标绝不仅仅是简单地体现它的抗静电强度，了解LED芯片外延设计制造的的人都了解，LED芯片的抗静电能力与其漏电值、整体可靠性有很大关系，更是一个综合质素和可靠性的综合体现，因为往往抗静电能力高的LED，它的光特性、电特性都会好。
　　LED的抗静电指标好不仅仅意味着能适用在各类产品和各种环境中，还是LED综合性能可靠的体现。根据金鉴的实际测量的不同品牌的LED抗静电指标，各国际LED大厂的LED抗静电通常都比较好，而部分B品、杂牌、韩系芯片抗静电仍然很低。LED抗静电能力的高低是LED可靠性的核心体现。即便LED的亮度和电性指标都很好，一旦其的抗静电指标低，就很容易因静电损伤而死灯。对LED的抗静电指标进行测试是一项非常有效的品控手段，有效地评估LED抗静电能力刻不容缓。　　熟悉制造的企业都深知目前中国LED业内的产品质量参差不齐，不同质量的LED，稳定性相差甚远，使得不少LED用户困惑无比，甚至深受其害。其中又以因LED抗静电低引起的暗亮、死灯、漏电等质量事故最为损失惨重，尤其目前有一些质量并不高的部分台系次品、韩系企业的芯片大量涌入中国，即便是大厂产品，中间销售商以次充好的现象时常发生，很多公司面临着巨大的风险。金鉴认为，企业只要选用抗静能力电高一些的，做好封装工序，产品肯定可靠稳定。厂以及LED用户要经常对灯珠进行抗静电能力测试。选用抗静电高的LED是管控LED品质的核心所在。
　　检测方法：
　　不少企业都是通过&试用一批看看后果&的方式来评估LED的抗静电，其实这是一个周期长、误差大、成本高、风险大的评估方法。这些企业往往在LED静电方面都是吃一堑，长半智，加上对LED静电测试的不了解，更多的情况下，这是不得已而为之的做法。
　　静电击穿LED是个非常复杂的过程，因此，测试LED抗静电时的模拟设计也是一项很复杂、很严谨的测试。金鉴认为采用抗静电测试相关仪器来测试时是最规范的，也是最科学、最客观、最直接的方法。LED抗静电测试时必须将静电直接施加在LED的两个引脚上，仪器的放电波形有严格的标准规定。其中有人体模式和机械模式两种都是用来测量被测物体的抗静电能力强弱的。
　　人体模式：当静电施加到被测物体时，串联一个330欧姆的电阻施加出去，这就是模拟人与器件的接触时电荷转移，人与物体接触通常也在330欧姆作用，所以叫人体模式。
　　机械模式：将静电直接作用于被测器件上，模拟工具机械直接将静电电荷转移到器件上，所以叫机械模式。
　　这两者测试仪器内部静电电荷储能量、放电波形也有些区别。采用人体模式测试的结果一般为机械模式的8-10倍。LED行业，以及现在很多企业都使用人体模式的指标。
　　检测标准：
　　国际电工委员会的《IEC》
　　国际静电协会的《ANSI-ESDSTM5.1.2-1999》
　　国际电子器件联合委员会的《JESD22-A114/115c》
　　测试样品种类：
　　芯片裸晶、插脚式灯珠、常规贴片灯珠、食人鱼、大功率灯珠、模组及数码管、LED灯具。
　　LED抗静电指标：
　　LED可以参考目前较权威的国际静电协会(ANSI)标准中的电压等级分类：
　　LED抗静电指标　　案例分析一：
　　客户寄来16颗封装好的蓝光灯珠，经过分光测试，但未经过老化，抗静电的环境测试，要求查找的漏电原因。经过激光扫描显微仪漏电点查找和芯片质量鉴定。金鉴发现过多的芯片缺陷导致该芯片易受静电冲击，可靠性差。我们建议企业选用抗静电指标较高的LED芯片。
　　LED芯片
　　绿色、蓝色、白色、粉红色LED这类LED芯片大多数都属于双电机构，它的两个电极层之间的厚度要比单电极的要薄很多，材质也不一样。因此它的抗静电往往弱一些。所以蓝、绿、白这类LED往往更容易死灯、漏电。
　　激光显微扫描显微仪，芯片漏电点查找
　　反向电压1V，测得漏电流0.159mA，激光扫描仪观测到芯片上的漏电
　　金鉴选取一个灯珠，用细针挑掉表面硅胶，对裸露的芯片做扫描电镜微观检测。经扫描电镜微观检查，发现芯片非电极材料层熔融，熔成小洞，形貌特征为静电击穿点，再次使用激光扫描显微仪确认所显示的缺陷点为静电击穿点。
　　除了静电击穿点外，金鉴发现芯片外延层表面有大量黑色空洞，这些缺陷表明外延层晶体质量较差，PN结内部存在缺陷。这些缺陷导致芯片易受静电损伤，抗静电能力差。我们建议外延厂商做外延片TEM和SIMS分析，进一步解析产生空洞的原因，从而改善生产工艺。
　　芯片质量鉴定过程中，金鉴发现芯片表面有很多缺陷空洞，这些空洞是芯片晶体质量较差的外在体现。
　　案例分析二：
　　客户送测LED数码管，样品有反向漏电现象，要求金鉴检测分析失效原因。金鉴检测对其进行LED抗静电能力检测，发现芯片抗静电能力为500V，抗静电能力极差，一般环境下几乎不具备抗静能力，在灯珠的生产和使用过程中极易受到静电损伤，导致漏电现象，建议客户加强芯片的来料检验。
　　我们选取一个不良样品，正表笔接1脚，负表笔接12脚，即将K1反接，发现其存在4mA的反向电流。又将正表笔分别接8、9、10、11脚，负表笔接12脚，1A、2A、3A、4A均能发光，也就是说，将K1反向分别和1A、2A、3A、4A串接时，1A、2A、3A、4A均能发光，进一步说明该样品K1异常，反向能导通。
　　数码管电学性能测试
　　数码管抗静电检测数据
　　红光LED芯片是单电极结构，它两个电极之间的材质、厚度、衬底材料与双电极的蓝绿光LED不一样，所承受的静电能量要比双电极的高很多。用溃坝的原理来讲，红色类LED的&坝&修得厚很多，所用的材料也比双电极的要好一些，它的抗静电量自然要高很多。但是此款芯片抗静电能力太差，只有500V。下图为该红光芯片静电击穿点扫描电镜观察图片。
　　红光芯片静电击穿点扫描电镜观察图片&
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编辑：探路者
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现任华润矽威科技（上海）有限公司市场部经理/高工，上海市传感技术学会理事、副秘书长。美国国家标准学会(ANSI)/静电放电(ESD)；7.3认证检验计划；认证检验计划的建立，是要确保单位能够满足静电放电；所选择的测试设备应能够完成认证检验计划中定义的测；8.0静电放电控制方案计划之技术要求；以下章节，8.1到8.5，对建立静电放控制方案所；强制性的限定建立在每个表格所列出的测试方法或标准；8.1接地/等电位相连系统；接地/等电位相连接系统应
美国国家标准学会(ANSI)/静电放电(ESD)协会标准
ANSI/ESD S20.20-2007
认证检验计划
认证检验计划的建立，是要确保单位能够满足静电放电方案计划的要求。认证检验计划应该明确要进行检验的技术要求，相关的测试范围及认证频率。根据此计划进行认证检验。认证检验计划还应规定，检测和测试方法及设备。如果单位采用的方法与本文件所列出的标准有差异，必须提供一个修改声明作为静电放电控制方案计划的一部分存档。认证检验纪录应该被确认并保存，以便证明符合了静电放电控制方案中的技术要求。
所选择的测试设备应能够完成认证检验计划中定义的测量项目。
8.0 静电放电控制方案计划之技术要求
以下章节，8.1到8.5，对建立静电放控制方案所用到的关键技术要求作了描述。
强制性的限定建立在每个表格所列出的测试方法或标准。认证检验计划应该规定用于检验这些限定的测试方法。
8.1 接地 / 等电位相连系统
接地 / 等电位相连接系统应被使用，以保证静电放电敏感物件、人员和所有其它导电体(如移动设备)，处在同样的电位。任何一个实施方案，可从表格1中选择。
表格1：接地及等电位连接之要求
技术要求 实施方案 测试方法 强制限定
ANSI/ESD S6.1 设备接地导体 &1.0 欧姆阻抗 接地 / 等电位相连接系统
ANSI/ESD S6.1 辅助接地 &25 欧姆到设备接地导体
ANSI/ESD S6.1 等电位相连接 &1.0x10 欧姆
任何静电放电技术单元与公共接地点之间的最大电阻
8.2 人员接地
所有处理静电放电物件的人员都要与接地或等电位相连接系统实现电气连接。人员接地的方法，可从表格2选择。
注意：采用服装来实现人员接地的方法，必须在静电放电控制方案计划上注明。从服装的一个袖子到另一个袖子，必须是导电的，而且，必须满足表格2的注释2所要求的电阻值。
当工作人员坐在静电放电保护工作台前时，他们必须通过手腕带系统与接地 / 等电位相连系统相连接。
对于站立操作，工作人员必须通过手腕带系统或地板 - 鞋系统接地。当采用地板 C 鞋系统时，应符合下面的两个条件：
A. 当系统的总电阻（从人体，通过鞋和地板，到接地 / 等电位相连系统）小于3.5×107 欧姆时，应采用方法1（见表格2）。
B. 当系统的总电阻（从人体，通过鞋和地板，到接地 / 等电位相连系统）大于3.5×107 欧姆，但小于1×109欧姆时，应采用方法2（见表格2）。
美国国家标准学会(ANSI)/静电放电(ESD)协会标准
ANSI/ESD S20.20-2007
表格2：人员接地之要求
人员接地之技术要求 认证检验 产品合格检验测试方法 要求限定 测试方法 要求限定
ANSI/ESD S1.1 ESD TR53 有关手腕带章节 &3.5×10欧姆 手腕带系统&3.5×10欧姆 （5.11章节） ANSI/ESD STM97.1 地板 / 鞋系统 C 方法1 ESD TR53 有关地板章节 &3.5×10欧姆 &3.5×10欧姆
ESD TR53 有关鞋类章节 &3.5×10欧姆
ANSI/ESD STM97.1 ESD TR53 有关地板章节 地板 / 鞋系统 C 方法2 &10欧姆 &1.0×10欧姆
（两者都要求）
ANSI/ESD STM97.2 ESD TR53 有关鞋类章节 &100伏特 &1.0×10欧姆
在静电放电控制产品和材料的初始选择的时候采用产品合格检验。可采用的方法为：产品规范复查，独立实验室评估或内部实验室评估。
在使用静电服作为手腕带接地通路的一部分的情况下，系统的总电阻，包括人体，服装和接地连线，应小于3.5×10欧姆。
8.3 静电放电保护区
处理那些没有静电放电保护覆盖或包装的静电放电敏感零件，组装和设备，应在静电放电保护区内进行。静电放电保护区的提醒告示应贴在工作人员进入静电放电保护区之前可清楚地看到的地方。
注意：一个静电放电保护区可以是一个单独的工作台，或整个房间，或整座建筑。
应该只限完成了相应的静电放电培训的人员，才能进入静电放电保护区，未经培训的个人进入静电放电保护区时，应由受过培训的人员陪同。
为了减少电场感应所导致的带电器件破坏模式，静电放电控制方案应包含对制程中所必要的绝缘材料的处理计划。如果电场超过2000伏/英寸，应采取下列的步骤中的一个：
A. 将绝缘体与静电放电敏感器件分开30厘米（12英寸）的距离。 或
B. 使用空气电离化或其它电荷消除技术将电荷中和。
注意：静电场的精确测量要求测量人员要对测量设备的操作非常熟悉。大多数手持式电场计要求在距离被测物体的一个固
定距离下读取数值。为了得到精确的测量，这些电场计还要规定被测物体的最小的尺寸。
所有的不必要的绝缘物体如咖啡杯，食物包装纸和个人物品都应从工作台或其它处理未加保护的静电放电敏感物体的地方移走。
无论什么地方，只要有静电放电敏感产品，就要建立静电放电保护区。而在静电放电保护区内，可有不同的静电放电控制方法。表格3列出了一些可用于控制静电的静电控制选择项目。对于那些在静电放电控制方案中选定的静电控制项目，所要求的限定和测试方法是强制性的。
表格3：静电放电保护区之静电放电控制项目
技术要求 静电放电控制项目 认证检验 测试方法
ESD TR53 工作台 ×欧姆 & 1× 10欧姆
和/或 工作表面章节 /或 接地电阻
& 1 107 欧姆
ANSI/ESD STM9.1 鞋类 见表格2 2 & 1× 10欧姆
ESD SP9.2 2 见表格2 地板接地装置 & 1× 10
2 见表格2 地板 & 1 10
1× 10 & 1欧姆
用户自定 - 消电时间
&±50伏特 &±50伏特
- 消电时间 用户自定 -
用户自定 - 偏移电压 -
&±伏特 &±伏特
ESD TR53 ANSI/ESD S4.1 货架 & 1× 10欧姆 & 1× 10欧姆
& 1× 10欧姆 & 1× 10欧姆 移动设备章节
连续监测 用户自定
& 1× 10欧姆 & 1× 10欧姆
服装章节 (ANSI/ESD STM2.1)
ESD TR53 可接地的静电控制服 & 1× 10欧姆 & 1× 10欧姆
服装 服装章节 (ANSI/ESD STM2.1)
ESD TR53 可接地的静电控制服& 3.5× 10欧姆 & 3.5× 10欧姆
服装章节 系统
(ANSI/ESD STM2.1)
在静电放电控制产品和材料的初始选择的时候采用产品合格检验。可采用的方法为：产品规范复查，独立实验室评估或内部实验室评估。 对于包括多项电阻测试方法的标准，这些限定适用于所有方法。 3
有关电离器的定期测试的更多资讯，参考ANSI/ESD SP3.3。
静电放电保护包装应符合合同，采购订单，制图或其它文件。如果上述文件未作特殊说明，单位应该根据ANSI/ESD S541，对静电放电保护区内外的静电放电包装作出定义。
静电放电敏感物体，系统或包装的标记应符合客户合同，采购订单，制图或其它文件。当合同，采购订单，制图或其它文件未对静电放电敏感物体，系统或包装的标记，未作特殊说明，单位在建立静电放电控制方案计划时，应考虑到标记的需要。如果标记确定是需要的话，作为静电放电控制方案计划的一部分，将它文件化。
（此附件不是ANSI/ESDS20.20 C 2007的一部分）
附件 A - 其它的制程方面的考虑
以下各章节为使用者提供用于评估其它控制产品和设备的指导性和提纲性的文件。由于目前工业界尚未对这些项目给出要求限定，使用者将需要建立他们自己的验收和认证检验准则。
1. 自动取放设备（ESD SP10.1，自动取放设备[AHE]）。为了证实自动取放设备内部的静电放电控制，有必要去测量
机械部件的接地电阻，监测或验证经过该设备的产品上的静电荷。这既能提供静电放电次数测量的连续监测，又能提供一个确定静电荷来源的方法。这项标准操作覆盖了机械部件的接地电阻测量和自动取放设备内部的电荷源确定。
2. 手套（ANSI/ESD SP15.1 使用中的手套和指套的电阻测量之标准操作）。这个标准操作的目的是为测量手套或指
套的本身电阻及测量操作人员带着手套或指套时的系统电阻提供测试规范。这个标准操作适用于所有用于控制静电放电的手套和指套。这个标准操作所提供的数据与使用者的特定环境和应用相关联。
3. 手持工具（ESD STM13.1，电焊/电拆焊手持工具）。本文件为测量电焊/电拆焊手持工具的漏电流及工作头到接地
端的电阻提供了测量方法。还为安全的焊接操作提出了电疲劳（EOS）参数。尽管在STM13.1中没有专门讨论，电池驱动，气动和其它手持工具或许也需要作评估。
4. 静电放电手册（TR20.20）。静电放电协会之标准委员会，为面对控制静电放电的个人和单位，编纂了这份静电放
电手册。它提供了指导原则，能够用于建立，实施和监测与ANSI/ESD S20.20相符合的静电放电控制方案。这份手册适用于：制造，处理，组装，安装，包装，标记，服务，测试，检测或其它处理对静电放电敏感度大于或等于100伏特人体模式的电气或电子零件，装置和设备方面。
包含各类专业文献、中学教育、生活休闲娱乐、专业论文、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、行业资料、19ESD防护标准(中文版)_图文等内容。　
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