LED漏電原因的分析

文章出處：http://www.hetao100.com 作者（zhě）：康利邦 人氣：591 發（fā）表時間：2021-09-11 08:28:03

LED漏電原因的分析（xī）

1 芯片受到沾汙引起漏電

LED芯片是非常小的，灰（huī）塵等易對它產生遮蔽作用，最重要的（de）是灰塵、水汽、各種雜質離子會附著與芯片表麵，不僅會在表麵對芯片內部產生作用，還會擴散進入芯（xīn）片內（nèi）部產生作用。比如，銅離子、鈉離子都很容易擴散進（jìn）入半導體材料中，非常微小的數量就可以使半導體器件的性能嚴重惡化（huà）。對於半導體器件的製造，通常都要求有淨（jìng）化等級非（fēi）常高的潔（jié）淨廠房。可以考察一下LED封裝廠，上千家之中有幾家的廠房能有什（shí）麽樣的潔淨等級?絕大多數都是能與大氣直接（jiē）相通的房間，根本談（tán）不上淨化。雖然有人會說，“我（wǒ）們的廠（chǎng）房沒有灰（huī）塵，很潔（jié）淨”，可是，潔淨程度（dù）不是用眼睛來看的!眼睛是根本看不到芯片生產和封裝要（yào）求的潔淨程度的，必須是用專門的儀器來檢測。不僅僅要求廠房要達到要求的潔淨度，對涉及到芯片（piàn）裸露的工序，工作人員要穿淨化工作服，戴工（gōng）作帽，戴口罩，工作人員不許（xǔ）塗化妝品（pǐn）等。這些個嚴苛（kē）生產條件，目前對（duì）LED封裝廠來講，不是（shì）想不到，就是不（bú）願做。不願做的原因非（fēi）常簡單，成本（běn）上的增加無法接受——競爭太激烈。封裝廠房達不到要求的潔淨程度，那麽，LED的質量問題就來了。

早期的（de）LED芯片以及現在很多廠家的芯片，都沒有在（zài）芯片（piàn）的側麵做保護層。現在國外（wài）一（yī）些芯片廠商（shāng）已經開始在芯片的（de）側麵做保護層了。但是，現在的保護層一般是采用二氧化矽材料，而且厚度很薄（báo），保護能力是有限的。在潔淨度很差（chà）的封裝廠，仍然會由於沾汙造成漏電現象。

1.1 芯片側麵沒有做鈍化

很多芯片由於各種因素，沒有對芯片的側麵做鈍化保護，使得芯片劃片後（hòu），PN結在側麵裸（luǒ）露（lù）於空氣中。

2. 銀膠過高造成漏電

這個問題在LED封裝（zhuāng）業中已是（shì）常識性的、看得見的問題了，無需我多囉嗦（suō）了。

3. 打線偏焊造成漏電

這個問題在LED封裝業中也是常識性的、看（kàn）得（dé）見的問題（tí）了，也無需我多囉嗦了。

4. 應力造成漏電

應（yīng）力（lì），往往是看不見的，若對材料的一些基本性質不了解，則不太好理解（jiě）這個問題。其實，應力相對於（yú）日常可見的比如（rú）推土機推土那樣大的力相比，它是很難（nán）看得見的作用力而已。它往往是由於材料的熱脹冷縮而（ér）產生。應力的影響往往是在兩種材料的接（jiē）觸方麵。應（yīng）力作用可以是直接壓力，也可以是與（yǔ）材料接觸麵平行的橫向剪（jiǎn）切力（lì）。舉一個簡單的例子，在兩根（gēn）鐵（tiě）軌之間是有一段（duàn）間隙的，如果將這（zhè）個間隙（xì）留的很小，當溫度升高時，兩段鐵軌的端麵就會接觸，甚至擠壓變形。這就是應力作用。當兩種不同的材料粘結接觸時，當溫度發生變化，若兩種材料的熱膨脹（zhàng）係數不同，在接觸麵由（yóu）於延伸或（huò）收縮尺度不同，相互間產生拉力，這就是橫向（xiàng）的剪切應力。

在LED中，有不同的（de）材料，熱膨（péng）脹係數是不同（tóng）的。在溫度反複變化的過程中，各（gè）物質不可能回複到它們最初接觸時的狀態，相互間會保持有一定的應力。但（dàn）不（bú）一定會有害。隻有當膨脹係數相差太大、工藝條件不合適時，就可能留下很大的應力。這個應力嚴重的會壓壞芯片，使芯片破損，造成漏電、部分區域裂開而（ér）不亮，嚴重的徹底開路不（bú）亮。應力不是（shì）很（hěn）大時，有（yǒu）時也會產生嚴重的後果。

原本在LED的側麵（miàn）就存在著懸掛鍵，應力（lì）的（de）作用，使（shǐ）得（dé）表麵原子發生微位移，這些懸掛鍵的電場更加處於（yú）一種不平衡狀態，從而造成端（duān）麵PN結（jié）處的能級狀態發生改變，造成漏電。

5. 使用不當造成漏電

這種（zhǒng）狀況（kuàng）一般較少發生。當較高的反向電壓加給LED，可能損壞PN結，造成漏電。

這種損壞，和靜電損壞的機理是相同的。如果不是當事（shì）人（rén）自己確認，封裝廠的工程師單憑損壞的樣（yàng）品來看，是很難（nán）分辨（biàn）的。

6. 芯片本身漏電

通常，這種（zhǒng）情（qíng）況也是較少發生。除非芯片的次品（pǐn）出廠。

一般來講，芯片（piàn）在製造廠是不容易受到沾汙的。但是，在芯片的後續分選、包裝時，是有可能發生沾汙的。本人看（kàn）到過某芯片廠的後續分選、包裝車（chē）間環境就是沒有淨化等級的普通廠房。

7. 工藝不當，使得芯片開裂（liè）

芯片底部膠體不均勻，或焊盤下麵有空洞，打線時可能損傷芯片產生漏電或失效。焊線機調整（zhěng）不當，打傷芯片，產生漏（lòu）電或失效。

8. 靜電問題

在LED行業，似乎將靜電當成了損壞LED的頭號大敵。但本人卻不這麽認為。相反，將它當成（chéng）次要（yào）問題。

對於靜電對LED的損壞問題，本人在一（yī）些論壇裏有談過【7】。現在將那些內容搬過來，並加以（yǐ）補充，以便大家閱讀與了解。

8.1 靜電（diàn）的產生機理

通常，靜電的產生是由於（yú）摩擦或感應（yīng）而產生。

摩擦靜電是由於兩個物體接觸摩擦或分離過程（chéng）中產生電（diàn）荷的移動而產生。導體間的摩擦（cā）留下的靜（jìng）電通常比較弱，這是由於導體的（de）導電能力強，摩擦產生的離子會在摩擦過程中及終（zhōng）止時很快運動到一起而（ér）中和。而絕緣體摩（mó）擦後，可能會產生較高的靜電電壓，但是電荷量卻很小。這是由於絕緣（yuán）體本身的物理結構決定的。絕緣體的分子結構中，電子很難脫離原（yuán）子（zǐ）核的束縛自由（yóu）移動，所以，摩擦結果也隻能產生（shēng）少量的分子或原子電離。

感應靜電是物（wù）體處於電場之中，受電磁場的作用，物體中的電子（zǐ）發（fā）生移動而形成電場。感應靜電一般（bān）隻（zhī）能在導體上（shàng）產生（shēng）。空間電磁場對絕（jué）緣體的作用可以忽略。

8.2 靜電的放電機理

220V的市電可以打死人，可人們身上上千伏的電壓卻打（dǎ）不死人，是何道理? 電容兩端（duān）的電壓滿足下列公式：
U=Q/C
根據這個公式（shì）可以知道，當電容量很小時，很少的電荷量，就會產生很高的電（diàn）壓。

通常草莓视频在线的身體、身邊（biān）的物體，電容都非常小，當產生（shēng）電荷後，很少的電荷量（liàng），也會產生很高的電壓。

由於電荷量很少，放電時，形（xíng）成的電流非常小，時間非常短，電壓不能維持，極短的時間就降下（xià）來。

由於人體不是絕緣體，所以，身體各處（chù）積累的靜電荷，在有放電通路的情況下，都會匯集過來，所以感覺電流大些，有電擊的感覺。人體、金屬物（wù）品等導體在產生（shēng）靜電後，放電電流會比較（jiào）大。

對於絕緣性（xìng）能好的（de）材料，一個是產（chǎn）生的電荷量非常小，另一方麵，產生的電荷，很難流動。電壓雖然（rán）高，但某處有（yǒu）放（fàng）電通路時，隻是接觸點（diǎn）及附近極小範圍內的電荷可以流（liú）動放電，非接觸點的電荷則不能放電(誰叫它是絕緣體呢)。故（gù）而，就是有上（shàng）萬伏的電壓，放電能量也是（shì）微乎其微的。

8.3 靜（jìng）電對電子元器件的危害

靜電會對LED有危害，並不是LED獨有的“專利”，就是用矽材料製造的（de）常用的二極管（guǎn）、三極管，也都會受到威脅。甚至建築、樹木、動物都可能（néng）被靜電損害(雷電就是一種靜電，草莓视频在线這裏就不去考慮（lǜ）它了)。

那麽，靜電是怎麽對電子元件損害的呢?我（wǒ）也不（bú）要扯得太遠，就（jiù）隻講半導（dǎo）體器件的問題（tí），而且就局限於二極（jí）管、三極管、IC、LED方麵。(否則會囉嗦太多衝淡主題)。

電對半導體元器（qì）件的損（sǔn）壞，最終是有電流（liú）的參與。在電流的作用（yòng）下，由（yóu）於熱而（ér）損壞器件（jiàn）。要有電流，就要有（yǒu）電壓。但是，半導體二極管有PN結，無論是正向（xiàng）還是反向，PN結（jié）都會有阻擋電流的一個電壓範圍。正向（xiàng）勢壘低，反向勢壘則要高很多。在一（yī）個電路中，哪裏的電（diàn）阻大，電壓就在哪裏集中。但就來看LED，電壓正向加（jiā）給LED時（shí），當外電壓小於二極管的閾值電（diàn）壓(大小與材（cái）料禁帶寬度對應)，沒有正向電流，電壓（yā）全部加在PN結上。電壓反向加給LED時，當外電壓小於LED的反向擊穿電壓時，電壓也是全部加在PN結上，此時，LED的虛（xū）焊點也罷，支架也罷、P區（qū）也罷、N區也罷，統統都沒有電（diàn）壓降（jiàng）!因為沒有電流。當著PN結擊穿後，外電壓才會由電路上的所有（yǒu）電（diàn）阻分擔。哪（nǎ）個地方電阻大，哪個部分承擔的電壓就高。就（jiù）LED而言（yán），自然是（shì）PN結承擔了大部分電（diàn）壓。在（zài）PN結上產生的熱功率就是它上（shàng）麵的壓（yā）降乘以電流值。若是電流值不加限製，過（guò）高的熱量就會將PN結燒壞，PN結失去作用而穿通。

IC為什麽會（huì）比較怕靜電（diàn），因（yīn）為，IC中的每個元件的麵積非（fēi）常小，每（měi）個元件的寄生電容也就非常小(往（wǎng）往電路功能就要求寄生電（diàn）容非（fēi）常小)，所以，少量的（de）靜電（diàn）電荷就會產生很高的靜電電壓，而且每個元件的功率耐量通常也很小，所以，靜電放（fàng）電就很容易損壞IC。但是通常的分立元件，如普通的小功率（lǜ）二（èr）極管、小功率三極管都不是非常怕靜電，因為它們芯片的（de）麵積比較大，寄生（shēng）電容也（yě）比較大（dà），一般的靜定不容易在它們上麵積（jī）累高電壓。小功率的MOS管，由於柵極氧化層很薄，寄生電容小，所（suǒ）以很容易（yì）遭（zāo）靜電（diàn）損壞，通常會在封裝完成後將三個（gè）電極短路後出廠（chǎng）。使用中也常要求在焊接完成後再去掉（diào）短路線。而大功率的MOS管，由（yóu）於芯片麵（miàn）積大，一（yī）般的靜電也不會損壞它們。所以你會看到，現在功率MOS管的三個電極是沒有短路線保護的。(早期製造廠（chǎng）還是將（jiāng）它們短路後出廠的)

LED實際（jì）就是有個二極管，它的麵積相對IC內的每（měi）個元件來講，是非常（cháng）大的（de）。所以LED的寄生電容相對來說也是比較大的。所以，一般場合的靜電並不能損壞LED。

一般場合的靜電，尤其是絕（jué）緣體（tǐ）上產生的靜電，電壓會（huì）很高，但放電電荷量極微，而且放電電流持續時間很短。而導體上感應的靜電，電壓（yā）可能不是很高，但是放電電流卻可能很大，而且往往是持續（xù）的（de）電流。這樣對（duì）電子元件的危害就（jiù）非（fēi）常大。

8.4 為什麽說靜電（diàn）對LED的損害是不常發生的呢

先來看一個（gè）試驗現象（xiàng）。一塊金（jīn）屬鐵板上帶有500V的靜電，將LED放到金屬板上(放的方法要注（zhù）意，避免下述的問題發生)，大家（jiā）說LED會被損壞嗎?這裏，LED要被損壞，通常應該是被加上大於其擊穿電壓的（de）電壓，也就是說LED的兩個電極要同時接觸金（jīn）屬板，並具有大於擊穿電壓的電壓。由於鐵板是良導體，其上各處的感應電壓相（xiàng）等，所謂500V的電壓是相對於地（dì）而言的，所以，LED兩電極間是沒有電壓（yā）的，自然也就不會受到任何損（sǔn）傷了。除非，你將LED的一個電極接（jiē）觸鐵板，另一個（gè）電極你（nǐ）用導體(未（wèi）戴絕緣手套的手或導線（xiàn）)連接到地或其它導體上。

上麵的試驗（yàn）現象提示（shì）我（wǒ）們（men），LED在靜電場中（zhōng）時，必（bì）須是一個電極接觸靜（jìng）電體，另一個電極要（yào）接觸地或其它導體才可能受損。在實（shí）際（jì）生產和（hé）應用中，以LED那（nà）麽小（xiǎo）的體積，很少有機會發生那樣的事（shì）情，尤其（qí）是批量發生那樣的事情。偶然的事件（jiàn）是可能的。比如，LED處於靜電體上，且一個（gè）電極接觸到靜電體，另一個電極剛好是懸空的，此時有人（rén）去觸（chù）及（jí）了懸空的那個電（diàn）極，就可能損（sǔn）傷LED。

上麵的現象告訴草莓视频在线，靜電問題也不是可以忽視的。靜電（diàn）放電是要有導電回（huí）路的，不是有靜電就（jiù）有損害。

上麵的現象還（hái）提示草莓视频在线，當著僅有極少量的漏電（diàn）問（wèn）題發生，可以考慮靜（jìng）電偶然（rán）損壞問題。若是大量發（fā）生，則更（gèng）多的可能是芯片沾汙或（huò）應力的問題。

9. 其它原（yuán）因引起漏電

本人（rén）曾遇到過這樣的漏電狀況，LED被封裝與一個殼體中，LED周圍灌有軟膠以防水。可是從LED的引線上測到有嚴重的漏電。將周圍的（de）灌封膠去除後，漏電消失。這裏其實並不是LED漏電，而是灌（guàn）封膠有（yǒu）問題。

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