LED漏電原因的分析

1 芯片受到沾汙引起漏電

LED芯片是非常小的，灰塵等易對它產(chan) 生遮蔽作用，最重要的是灰塵、水汽、各種雜質離子會(hui) 附著與(yu) 芯片表麵，不僅(jin) 會(hui) 在表麵對芯片內(nei) 部產(chan) 生作用，還會(hui) 擴散進入芯片內(nei) 部產(chan) 生作用。比如，銅離子、鈉離子都很容易擴散進入半導體(ti) 材料中，非常微小的數量就可以使半導體(ti) 器件的性能嚴(yan) 重惡化。對於(yu) 半導體(ti) 器件的製造，通常都要求有淨化等級非常高的潔淨廠房。可以考察一下LED封裝廠，上千家之中有幾家的廠房能有什麽(me) 樣的潔淨等級?絕大多數都是能與(yu) 大氣直接相通的房間，根本談不上淨化。雖然有人會(hui) 說，“我們(men) 的廠房沒有灰塵，很潔淨”，可是，潔淨程度不是用眼睛來看的!眼睛是根本看不到芯片生產(chan) 和封裝要求的潔淨程度的，必須是用專(zhuan) 門的儀(yi) 器來檢測。不僅(jin) 僅(jin) 要求廠房要達到要求的潔淨度，對涉及到芯片裸露的工序，工作人員要穿淨化工作服，戴工作帽，戴口罩，工作人員不許塗化妝品等。這些個(ge) 嚴(yan) 苛生產(chan) 條件，目前對LED封裝廠來講，不是想不到，就是不願做。不願做的原因非常簡單，成本上的增加無法接受——競爭(zheng) 太激烈。封裝廠房達不到要求的潔淨程度，那麽(me) ，LED的質量問題就來了。

早期的LED芯片以及現在很多廠家的芯片，都沒有在芯片的側(ce) 麵做保護層。現在國外一些芯片廠商已經開始在芯片的側(ce) 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，保護能力是有限的。在潔淨度很差的封裝廠，仍然會(hui) 由於(yu) 沾汙造成漏電現象。

1.1 芯片側(ce) 麵沒有做鈍化

很多芯片由於(yu) 各種因素，沒有對芯片的側(ce) 麵做鈍化保護，使得芯片劃片後，PN結在側(ce) 麵裸露於(yu) 空氣中。

2. 銀膠過高造成漏電

這個(ge) 問題在LED封裝業(ye) 中已是常識性的、看得見的問題了，無需我多囉嗦了。

3. 打線偏焊造成漏電

這個(ge) 問題在LED封裝業(ye) 中也是常識性的、看得見的問題了，也無需我多囉嗦了。

4. 應力造成漏電

應力，往往是看不見的，若對材料的一些基本性質不了解，則不太好理解這個(ge) 問題。其實，應力相對於(yu) 日常可見的比如推土機推土那樣大的力相比，它是很難看得見的作用力而已。它往往是由於(yu) 材料的熱脹冷縮而產(chan) 生。應力的影響往往是在兩(liang) 種材料的接觸方麵。應力作用可以是直接壓力，也可以是與(yu) 材料接觸麵平行的橫向剪切力。舉(ju) 一個(ge) 簡單的例子，在兩(liang) 根鐵軌之間是有一段間隙的，如果將這個(ge) 間隙留的很小，當溫度升高時，兩(liang) 段鐵軌的端麵就會(hui) 接觸，甚至擠壓變形。這就是應力作用。當兩(liang) 種不同的材料粘結接觸時，當溫度發生變化，若兩(liang) 種材料的熱膨脹係數不同，在接觸麵由於(yu) 延伸或收縮尺度不同，相互間產(chan) 生拉力，這就是橫向的剪切應力。

在LED中，有不同的材料，熱膨脹係數是不同的。在溫度反複變化的過程中，各物質不可能回複到它們(men) 最初接觸時的狀態，相互間會(hui) 保持有一定的應力。但不一定會(hui) 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(ge) 應力嚴(yan) 重的會(hui) 壓壞芯片，使芯片破損，造成漏電、部分區域裂開而不亮，嚴(yan) 重的徹底開路不亮。應力不是很大時，有時也會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的後果。

原本在LED的側(ce) 麵就存在著懸掛鍵，應力的作用，使得表麵原子發生微位移，這些懸掛鍵的電場更加處於(yu) 一種不平衡狀態，從(cong) 而造成端麵PN結處的能級狀態發生改變，造成漏電。

5. 使用不當造成漏電

這種狀況一般較少發生。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。如果不是當事人自己確認，封裝廠的工程師單憑損壞的樣品來看，是很難分辨的。

6. 芯片本身漏電

通常，這種情況也是較少發生。除非芯片的次品出廠。

一般來講，芯片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。本人看到過某芯片廠的後續分選、包裝車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

芯片底部膠體(ti) 不均勻，或焊盤下麵有空洞，打線時可能損傷(shang) 芯片產(chan) 生漏電或失效。 焊線機調整不當，打傷(shang) 芯片，產(chan) 生漏電或失效。

8. 靜電問題

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

對於(yu) 靜電對LED的損壞問題，本人在一些論壇裏有談過【7】。現在將那些內(nei) 容搬過來，並加以補充，以便大家閱讀與(yu) 了解。

8.1 靜電的產(chan) 生機理

通常，靜電的產(chan) 生是由於(yu) 摩擦或感應而產(chan) 生。

摩擦靜電是由於(yu) 兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 接觸摩擦或分離過程中產(chan) 生電荷的移動而產(chan) 生。導體(ti) 間的摩擦留下的靜電通常比較弱，這是由於(yu) 導體(ti) 的導電能力強，摩擦產(chan) 生的離子會(hui) 在摩擦過程中及終止時很快運動到一起而中和。而絕緣體(ti) 摩擦後，可能會(hui) 產(chan) 生較高的靜電電壓，但是電荷量卻很小。這是由於(yu) 絕緣體(ti) 本身的物理結構決(jue) 定的。絕緣體(ti) 的分子結構中，電子很難脫離原子核的束縛自由移動，所以，摩擦結果也隻能產(chan) 生少量的分子或原子電離。

感應靜電是物體(ti) 處於(yu) 電場之中，受電磁場的作用，物體(ti) 中的電子發生移動而形成電場。感應靜電一般隻能在導體(ti) 上產(chan) 生。空間電磁場對絕緣體(ti) 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(men) 身上上千伏的電壓卻打不死人，是何道理? 電容兩(liang) 端的電壓滿足下列公式：
U=Q/C
根據這個(ge) 公式可以知道，當電容量很小時，很少的電荷量，就會(hui) 產(chan) 生很高的電壓。

通常我們(men) 的身體(ti) 、身邊的物體(ti) ，電容都非常小，當產(chan) 生電荷後，很少的電荷量，也會(hui) 產(chan) 生很高的電壓。

由於(yu) 電荷量很少，放電時，形成的電流非常小，時間非常短，電壓不能維持，極短的時間就降下來。

由於(yu) 人體(ti) 不是絕緣體(ti) ，所以，身體(ti) 各處積累的靜電荷，在有放電通路的情況下，都會(hui) 匯集過來，所以感覺電流大些，有電擊的感覺。人體(ti) 、金屬物品等導體(ti) 在產(chan) 生靜電後，放電電流會(hui) 比較大。

對於(yu) 絕緣性能好的材料，一個(ge) 是產(chan) 生的電荷量非常小，另一方麵，產(chan) 生的電荷，很難流動。電壓雖然高，但某處有放電通路時，隻是接觸點及附近極小範圍內(nei) 的電荷可以流動放電，非接觸點的電荷則不能放電(誰叫它是絕緣體(ti) 呢)。故而，就是有上萬(wan) 伏的電壓，放電能量也是微乎其微的。

8.3 靜電對電子元器件的危害

靜電會(hui) 對LED有危害，並不是LED獨有的“專(zhuan) 利”，就是用矽材料製造的常用的二極管、三極管，也都會(hui) 受到威脅。甚至建築、樹木、動物都可能被靜電損害(雷電就是一種靜電，我們(men) 這裏就不去考慮它了)。

那麽(me) ，靜電是怎麽(me) 對電子元件損害的呢?我也不要扯得太遠，就隻講半導體(ti) 器件的問題，而且就局限於(yu) 二極管、三極管、IC、LED方麵。(否則會(hui) 囉嗦太多衝(chong) 淡主題)。

電對半導體(ti) 元器件的損壞，最終是有電流的參與(yu) 。在電流的作用下，由於(yu) 熱而損壞器件。要有電流，就要有電壓。但是，半導體(ti) 二極管有PN結，無論是正向還是反向，PN結都會(hui) 有阻擋電流的一個(ge) 電壓範圍。正向勢壘低，反向勢壘則要高很多。在一個(ge) 電路中，哪裏的電阻大，電壓就在哪裏集中。但就來看LED，電壓正向加給LED時，當外電壓小於(yu) 二極管的閾值電壓(大小與(yu) 材料禁帶寬度對應)，沒有正向電流，電壓全部加在PN結上。電壓反向加給LED時，當外電壓小於(yu) LED的反向擊穿電壓時，電壓也是全部加在PN結上，此時，LED的虛焊點也罷，支架也罷、P區也罷、N區也罷，統統都沒有電壓降!因為(wei) 沒有電流。當著PN結擊穿後，外電壓才會(hui) 由電路上的所有電阻分擔。哪個(ge) 地方電阻大，哪個(ge) 部分承擔的電壓就高。就LED而言，自然是PN結承擔了大部分電壓。在PN結上產(chan) 生的熱功率就是它上麵的壓降乘以電流值。若是電流值不加限製，過高的熱量就會(hui) 將PN結燒壞，PN結失去作用而穿通。

IC為(wei) 什麽(me) 會(hui) 比較怕靜電，因為(wei) ，IC中的每個(ge) 元件的麵積非常小，每個(ge) 元件的寄生電容也就非常小(往往電路功能就要求寄生電容非常小)，所以，少量的靜電電荷就會(hui) 產(chan) 生很高的靜電電壓，而且每個(ge) 元件的功率耐量通常也很小，所以，靜電放電就很容易損壞IC。但是通常的分立元件，如普通的小功率二極管、小功率三極管都不是非常怕靜電，因為(wei) 它們(men) 芯片的麵積比較大，寄生電容也比較大，一般的靜定不容易在它們(men) 上麵積累高電壓。小功率的MOS管，由於(yu) 柵極氧化層很薄，寄生電容小，所以很容易遭靜電損壞，通常會(hui) 在封裝完成後將三個(ge) 電極短路後出廠。使用中也常要求在焊接完成後再去掉短路線。而大功率的MOS管，由於(yu) 芯片麵積大，一般的靜電也不會(hui) 損壞它們(men) 。所以你會(hui) 看到，現在功率MOS管的三個(ge) 電極是沒有短路線保護的。(早期製造廠還是將它們(men) 短路後出廠的)

LED實際就是有個(ge) 二極管，它的麵積相對IC內(nei) 的每個(ge) 元件來講，是非常大的。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，尤其是絕緣體(ti) 上產(chan) 生的靜電，電壓會(hui) 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(ti) 上感應的靜電，電壓可能不是很高，但是放電電流卻可能很大，而且往往是持續的電流。這樣對電子元件的危害就非常大。

8.4 為(wei) 什麽(me) 說靜電對LED的損害是不常發生的呢

先來看一個(ge) 試驗現象。一塊金屬鐵板上帶有500V的靜電，將LED放到金屬板上(放的方法要注意，避免下述的問題發生)，大家說LED會(hui) 被損壞嗎?這裏，LED要被損壞，通常應該是被加上大於(yu) 其擊穿電壓的電壓，也就是說LED的兩(liang) 個(ge) 電極要同時接觸金屬板，並具有大於(yu) 擊穿電壓的電壓。由於(yu) 鐵板是良導體(ti) ，其上各處的感應電壓相等，所謂500V的電壓是相對於(yu) 地而言的，所以，LED兩(liang) 電極間是沒有電壓的，自然也就不會(hui) 受到任何損傷(shang) 了。除非，你將LED的一個(ge) 電極接觸鐵板，另一個(ge) 電極你用導體(ti) (未戴絕緣手套的手或導線)連接到地或其它導體(ti) 上。

上麵的試驗現象提示我們(men) ，LED在靜電場中時，必須是一個(ge) 電極接觸靜電體(ti) ，另一個(ge) 電極要接觸地或其它導體(ti) 才可能受損。在實際生產(chan) 和應用中，以LED那麽(me) 小的體(ti) 積，很少有機會(hui) 發生那樣的事情，尤其是批量發生那樣的事情。偶然的事件是可能的。比如，LED處於(yu) 靜電體(ti) 上，且一個(ge) 電極接觸到靜電體(ti) ，另一個(ge) 電極剛好是懸空的，此時有人去觸及了懸空的那個(ge) 電極，就可能損傷(shang) LED。

上麵的現象告訴我們(men) ，靜電問題也不是可以忽視的。 靜電放電是要有導電回路的，不是有靜電就有損害。

上麵的現象還提示我們(men) ，當著僅(jin) 有極少量的漏電問題發生，可以考慮靜電偶然損壞問題。若是大量發生，則更多的可能是芯片沾汙或應力的問題。

9. 其它原因引起漏電

本人曾遇到過這樣的漏電狀況，LED被封裝與(yu) 一個(ge) 殼體(ti) 中，LED周圍灌有軟膠以防水。可是從(cong) LED的引線上測到有嚴(yan) 重的漏電。將周圍的灌封膠去除後，漏電消失。這裏其實並不是LED漏電，而是灌封膠有問題。