對LED漏電原因的分析：?

????? 1. 芯片受到沾污引起漏電

　　LED芯片是非常小的，灰塵等易對它產(chǎn)生遮蔽作用，最重要的是灰塵、水汽、各種雜質(zhì)離子會附著與芯片表面，不僅會在表面對芯片內(nèi)部產(chǎn)生作用，還會擴散進入芯片內(nèi)部產(chǎn)生作用。比如，銅離子、鈉離子都很容易擴散進入半導(dǎo)體材料中，非常微小的數(shù)量就可以使半導(dǎo)體器件的性能嚴(yán)重惡化。對于半導(dǎo)體器件的制造，通常都要求有凈化等級非常高的潔凈廠房。可以考察一下LED封裝廠，上千家之中有幾家的廠房能有什么樣的潔凈等級？絕大多數(shù)都是能與大氣直接相通的房間，根本談不上凈化。雖然有人會說，“我們的廠房沒有灰塵，很潔凈”，可是，潔凈程度不是用眼睛來看的！眼睛是根本看不到芯片生產(chǎn)和封裝要求的潔凈程度的，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凈度，對涉及到芯片裸露的工序，工作人員要穿凈化工作服，戴工作帽，戴口罩，工作人員不許涂化妝品等。這些個嚴(yán)苛生產(chǎn)條件，目前對LED封裝廠來講，不是想不到，就是不愿做。不愿做的原因非常簡單，成本上的增加無法接受——競爭太激烈。封裝廠房達不到要求的潔凈程度，那么，LED的質(zhì)量問題就來了。

　　早期的LED芯片以及現(xiàn)在很多廠家的芯片，都沒有在芯片的側(cè)面做保護層。現(xiàn)在國外一些芯片廠商已經(jīng)開始在芯片的側(cè)面做保護層了。但是，現(xiàn)在的保護層一般是采用二氧化硅材料，而且厚度很薄，保護能力是有限的。在潔凈度很差的封裝廠，仍然會由于沾污造成漏電現(xiàn)象。

　　下面我們來做分析。

　　1.1 芯片側(cè)面沒有做鈍化

　　很多芯片由于各種因素，沒有對芯片的側(cè)面做鈍化保護，使得芯片劃片后，PN結(jié)在側(cè)面裸露于空氣中。如圖1所示。

　　以前未作側(cè)面鈍化的圓片，劃片方法見圖2和圖3.從圖4對實際芯片包裝的照片上就可以證明芯片側(cè)面是不做鈍化的。因為從照片上可以看到，芯片側(cè)面極不規(guī)整。為什么這樣芯片還可以出廠呢？因為，在芯片廠里，側(cè)面即使沒有保護層，由于廠房的潔凈度高，加之裸露時間不長，側(cè)面還沒有受到沾污，所以測量是沒有漏電的，就將它們出廠了。

　　為什么這樣的狀況就會造成漏電呢？下面就要從微觀結(jié)構(gòu)上來講講了。

　　圖5是一個晶體表面處的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。表面處原子外層電子數(shù)不飽和，存在懸掛鍵。這些懸掛鍵形成表面態(tài)能級，引起漏電【3】【4】。而且，這些懸掛鍵非常有活性，很容易吸附其它分子、原子和離子。所吸附的雜質(zhì)發(fā)生電離，直接就形成了電流通道。這個電流通道相當(dāng)于給PN結(jié)并聯(lián)了一個電阻。

　　這種表面沾污造成的漏電及短期失效問題，早已被半導(dǎo)體元器件制造行業(yè)認識，并通過制作保護層來加以解決。

　　1.2 芯片側(cè)面有保護層

　　現(xiàn)在有些LED芯片廠在芯片側(cè)面也做上了二氧化硅保護層。但是，即使是PN結(jié)端面上有二氧化硅保護層，由于制造方面的原因，在二氧化硅中可能會有可移動的離子存在。在封裝廠的不潔凈環(huán)境中，還會收到沾污。所以，沒有良好的二氧化硅生產(chǎn)工藝，沒有達到潔凈等級的封裝廠房，LED封裝后出現(xiàn)漏電的幾率仍然是很高的。

　　二氧化硅層中的可移動離子移動到半導(dǎo)體材料表面，可能使P型材料表面產(chǎn)生耗盡層，嚴(yán)重的發(fā)生反型，從而發(fā)生漏電。

　　在通常的硅半導(dǎo)體器件制造中，為了解決二氧化硅的問題，一般會在芯片功能制造完畢后，再增加一層鈍化層。現(xiàn)在常用的是氮化硅材料。這樣會大大提高半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性【5】【6】。這些不是本文討論的內(nèi)容，提及它只是提醒大家，在LED中，雖然有二氧化硅保護層，但后期不注意保潔，還是會有漏電問題的。

　　對于二氧化硅中含可移動離子及沾污對漏電的更詳細的分析，讀者可以參考有關(guān)半導(dǎo)體的資料，如半導(dǎo)體物理、晶體管原理、半導(dǎo)體器件制造工藝等書籍。

　　1.3 沾污漏電的表現(xiàn)

　　晶體管的漏電，可能是PN結(jié)制造不良產(chǎn)生，也可能是沾污造成。通常，PN結(jié)不良或受損產(chǎn)生漏電是不可恢復(fù)的，具有正、反向漏電狀況基本相同的特征，而且常表現(xiàn)為完全穿通。沾污造成的漏電，觀察其伏安特性，通常有多種表現(xiàn)，如：正、反向漏電的伏安特性曲線不同;反向擊穿電壓蠕變;正向伏安曲線蠕變;嚴(yán)重的也會表現(xiàn)出正、反向都是穿通的狀況等。沾污漏電還表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，某些狀況下，漏電狀況還會暫時恢復(fù)正常，即暫時不漏電。

　　下面通過一些實例來看看沾污對LED帶來的漏電表現(xiàn)。

　　實例一：被反向電壓擊正常的LED

　　白光LED，測試正向時，有漏電，見圖7（a）。測反向時，在反向電壓小于某個值時，可以看到有很大的漏電，圖7（b）中的反向電壓為10V。當(dāng)著反向電壓繼續(xù)增大時，漏電突然消失，呈現(xiàn)不漏電的狀況。圖7（c）中漏電消失時的發(fā)現(xiàn)電壓約大于10V。此時再測試正向伏安特性，可以看到，漏電完全消失，LED恢復(fù)正常。見圖7（d）。但是，這種恢復(fù)正常是暫時的，放置一段時間后，LED又會出現(xiàn)漏電。測試時，還會重復(fù)上述過程。

　　從正、反向的漏電曲線看，它們的漏電程度是不同的。這種反向電壓擊正常的現(xiàn)象，分析為外加電場使得沾污離子的再分布，使其遠離PN結(jié)端面區(qū)域。因而使得PN結(jié)端面恢復(fù)正常。但是放置一段時間，由于溫度的變化，或在正向電壓作用下，沾污離子又會遷移到PN結(jié)端面附近，重新造成漏電。

　　實例二、反向電流蠕變，較高反電下漏電消失。讀者可以先看一下附件1的實測視頻——反向電壓擊正常的LED。在此示例中可以看到，在施加反向電壓時，隨著電壓的升高，反向電流忽大忽小，即發(fā)生蠕變現(xiàn)象。當(dāng)著反向電壓高到某個值時，漏電流消失了。再測正向特性，可以看到是正常的，沒有漏電流了。不過，這種恢復(fù)正常也是暫時的，放置一段時間后又會恢復(fù)漏電狀況。

　　實例三、反向漏電蠕變非常大，正向漏電蠕變，到VF時不漏電。讀者可以先看一下附件2的實測視頻——大漏電會亮的LED。本例與實例一不同的是，在較高反壓下也沒能使漏電消失，并且反向漏電非常大。但是在正向時，漏電并沒有反向的大，在正向?qū)ê螅╇姞顩r反倒消失了。

　　實例四、反向漏電不是很大，正向電壓小于VF時漏電很大，到VF之后漏電變到很小。讀者可以先看一下沾污漏電。

　　實例五、正向點亮前漏電非常大，到VF時基本正常。而反向漏電遠比正向漏電小。讀者可以看一下LED非擊穿漏電。

　　實例六、LED產(chǎn)品嚴(yán)重漏電，類似穿通。解剖出芯片后，芯片正常，沒有漏電。

　　1.4 沾污漏電的判定

　　沾污漏電和PN結(jié)或體材料受損漏電的區(qū)分，有些狀況很難直接判定，需要解剖取出芯片來觀察分析。但是，有些現(xiàn)象確實可以區(qū)分的。比如上面的六個實例中都是沾污造成的漏電。

　　1.5 本節(jié)小結(jié)

　　沾污漏電，PN結(jié)沒有損傷，它是由于沾污離子直接或間接參與導(dǎo)電形成的。這種狀況在半導(dǎo)體制造行業(yè)中是一個常識性的問題，已經(jīng)有很多表面鈍化方法可以很好地解決。LED行業(yè)雖然也是屬于半導(dǎo)體行業(yè)，但是就LED封裝行業(yè)來看，由于技術(shù)門檻低，使得這個行業(yè)中有半導(dǎo)體專業(yè)知識的人員非常少。結(jié)果一個很普通的、常識性的問題，在LED行業(yè)中成了一個難以克服的問題。之所以難以克服，就是因為沒有找到問題的癥結(jié)。而是一味聽信于一些“專家”對靜電問題的夸大宣傳。結(jié)果是花費了大量資金和精力于防靜電上。防靜電措施做得非常好了，可是漏電現(xiàn)象依然發(fā)生。

　　在前面已經(jīng)提到了，絕大多數(shù)的封裝廠的生產(chǎn)環(huán)境非常差，沒有凈化廠房，LED漏電現(xiàn)象是在所難免的。所以有些人會說到，入庫產(chǎn)品每隔幾天拿出來測試就會發(fā)現(xiàn)有漏電的產(chǎn)品出現(xiàn)。“凈化廠房”可不是指用拖布拖得干干凈凈的、底板非常亮的就是凈化廠房。在LED的固晶、焊線、封膠等工序中，由于芯片會裸露于空氣中，所以必須要有達到一定等級的凈化程度。凈化等級是要用儀器來測量確定的，絕不是用眼睛能看到的。

　　靜電的狀況是隨機的，雖然它似乎無處不在，但它絕不是處處都能夠釋放足夠的能量造成破壞。