LED漏電的問(wèn)題，有很多人都遇到過(guò)。有的是在生產(chǎn)檢測(cè)時(shí)就發(fā)現(xiàn)，有的是在客戶使用時(shí)發(fā)現(xiàn)。漏電出現(xiàn)的時(shí)機(jī)也各有不同。有些是在LED封裝完成后的測(cè)試時(shí)就有;有些是在倉(cāng)庫(kù)放置一段時(shí)間后出現(xiàn);有些是在老化一段時(shí)間后出現(xiàn);有些是在客戶焊接后出現(xiàn);有些是在客戶使用一段時(shí)間后出現(xiàn)。而對(duì)漏電問(wèn)題的具體發(fā)生原因，一直困擾著封裝廠的工程師。

LED漏電的原因

在引言部分，羅列了一些人給出的造成LED漏電的原因。根據(jù)本人多年處理LED問(wèn)題及使用LED的經(jīng)驗(yàn)，本人認(rèn)為，在目前，zui可能導(dǎo)致LED發(fā)生漏電的主要原因排序應(yīng)該如下：

(1)芯片受到沾污 (——zui主要、高發(fā)問(wèn)題)

(2)銀膠過(guò)高

(3)打線偏焊

(4)應(yīng)力

(5)使用不當(dāng)

(6)晶片本身漏電

(7)工藝不當(dāng)，使得芯片開(kāi)裂

(8)靜電

(9)其它原因

本人將靜電問(wèn)題幾乎排到了zui后，幾乎顛覆了行業(yè)乃至專家的認(rèn)識(shí)。為什么把靜電問(wèn)題排在了zui后，后面再談詳細(xì)原因。

對(duì)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(duì)它產(chǎn)生遮蔽作用，zui重要的是灰塵、水汽、各種雜質(zhì)離子會(huì)附著與芯片表面，不僅會(huì)在表面對(duì)芯片內(nèi)部產(chǎn)生作用，還會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入芯片內(nèi)部產(chǎn)生作用。比如，銅離子、鈉離子都很容易擴(kuò)散進(jìn)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(duì)于半導(dǎo)體器件的制造，通常都要求有凈化等級(jí)非常高的潔凈廠房?？梢钥疾煲幌翷ED封裝廠，上千家之中有幾家的廠房能有什么樣的潔凈等級(jí)?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(huì)說(shuō)，“我們的廠房沒(méi)有灰塵，很潔凈"，可是，潔凈程度不是用眼睛來(lái)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(lái)檢測(cè)。不僅僅要求廠房要達(dá)到要求的潔凈度，對(duì)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(gè)嚴(yán)苛生產(chǎn)條件，目前對(duì)LED封裝廠來(lái)講，不是想不到，就是不愿做。不愿做的原因非常簡(jiǎn)單，成本上的增加無(wú)法接受——競(jìng)爭(zhēng)太激烈。封裝廠房達(dá)不到要求的潔凈程度，那么，LED的質(zhì)量問(wèn)題就來(lái)了。

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

下面我們來(lái)做分析。 1.1 芯片側(cè)面沒(méi)有做鈍化

很多芯片由于各種因素，沒(méi)有對(duì)芯片的側(cè)面做鈍化保護(hù)，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(jiàn)圖2和圖3.從圖4對(duì)實(shí)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?yàn)閺恼掌峡梢钥吹剑酒瑐?cè)面極不規(guī)整。為什么這樣芯片還可以出廠呢?因?yàn)?，在芯片廠里，側(cè)面即使沒(méi)有保護(hù)層，由于廠房的潔凈度高，加之裸露時(shí)間不長(zhǎng)，側(cè)面還沒(méi)有受到沾污，所以測(cè)量是沒(méi)有漏電的，就將它們出廠了。

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

圖5是一個(gè)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(jí)，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(gè)電流通道相當(dāng)于給PN結(jié)并聯(lián)了一個(gè)電阻。

這種表面沾污造成的漏電及短期失效問(wèn)題，早已被半導(dǎo)體元器件制造行業(yè)認(rèn)識(shí)，并通過(guò)制作保護(hù)層來(lái)加以解決。

1.2 芯片側(cè)面有保護(hù)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(hù)層。但是，即使是PN結(jié)端面上有二氧化硅保護(hù)層，由于制造方面的原因，在二氧化硅中可能會(huì)有可移動(dòng)的離子存在。在封裝廠的不潔凈環(huán)境中，還會(huì)收到沾污。所以，沒(méi)有良好的二氧化硅生產(chǎn)工藝，沒(méi)有達(dá)到潔凈等級(jí)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(dòng)離子移動(dòng)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(wèn)題，一般會(huì)在芯片功能制造完畢后，再增加一層鈍化層?，F(xiàn)在常用的是氮化硅材料。這樣會(huì)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(hù)層，但后期不注意保潔，還是會(huì)有漏電問(wèn)題的。

對(duì)于二氧化硅中含可移動(dòng)離子及沾污對(duì)漏電的更詳細(xì)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*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(huì)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(huì)暫時(shí)恢復(fù)正常，即暫時(shí)不漏電。

下面通過(guò)一些實(shí)例來(lái)看看沾污對(duì)LED帶來(lái)的漏電表現(xiàn)。 實(shí)例一：被反向電壓擊正常的LED

白光LED，測(cè)試正向時(shí)，有漏電，見(jiàn)圖7(a)。測(cè)反向時(shí)，在反向電壓小于某個(gè)值時(shí)，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(shí)，漏電突然消失，呈現(xiàn)不漏電的狀況。圖7(c)中漏電消失時(shí)的發(fā)現(xiàn)電壓約大于10V。此時(shí)再測(cè)試正向伏安特性，可以看到，漏電*消失，LED恢復(fù)正常。見(jiàn)圖7(d)。但是，這種恢復(fù)正常是暫時(shí)的，放置一段時(shí)間后，LED又會(huì)出現(xiàn)漏電。測(cè)試時(shí)，還會(huì)重復(fù)上述過(guò)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(chǎng)使得沾污離子的再分布，使其遠(yuǎn)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(shí)間，由于溫度的變化，或在正向電壓作用下，沾污離子又會(huì)遷移到PN結(jié)端面附近，重新造成漏電。

實(shí)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(shí)測(cè)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(shí)，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(gè)值時(shí)，漏電流消失了。再測(cè)正向特性，可以看到是正常的，沒(méi)有漏電流了。不過(guò)，這種恢復(fù)正常也是暫時(shí)的，放置一段時(shí)間后又會(huì)恢復(fù)漏電狀況。

實(shí)例三、反向漏電蠕變非常大，正向漏電蠕變，到VF時(shí)不漏電。 讀者可以先看一下附件2的實(shí)測(cè)視頻——大漏電會(huì)亮的LED。

本例與實(shí)例一不同的是，在較高反壓下也沒(méi)能使漏電消失，并且反向漏電非常大。但是在正向時(shí)，漏電并沒(méi)有反向的大，在正向?qū)ê?，漏電狀況反倒消失了。

實(shí)例四、反向漏電不是很大，正向電壓小于VF時(shí)漏電很大，到VF之后漏電變到很小。 讀者可以先看一下附件3的實(shí)測(cè)視頻——沾污漏電。

實(shí)例五、正向點(diǎn)亮前漏電非常大，到VF時(shí)基本正常。而反向漏電遠(yuǎn)比正向漏電小。 讀者可以看一下附件4的實(shí)測(cè)視頻――LED非擊穿漏電。

實(shí)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(méi)有漏電。