隨著亮度和能效的提升，延長(zhǎng)使用壽命已經(jīng)為促進(jìn)基于高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)的固態(tài)照明設(shè)計(jì)快速發(fā)展的主要因素之一。然而，并非所有HB-LED在這些方面都旗鼓相當(dāng)，制造商應(yīng)用靜電放電(ESD)保護(hù)的方式可能是影響HB-LED現(xiàn)場(chǎng)使用壽命的一個(gè)至關(guān)重要的因素。安森美半導(dǎo)體的VidyaPremkumar將在本文中探討ESD保護(hù)的重要性，闡釋HB-LED模塊制造商正在使用、旨在確保設(shè)計(jì)將使用壽命和質(zhì)量潛能提升至最優(yōu)的最新先進(jìn)保護(hù)技術(shù)。簡(jiǎn)介：演進(jìn)曲線之外的威脅綠光和藍(lán)光LED的商業(yè)化，再結(jié)合近年來實(shí)現(xiàn)的每個(gè)器件平均光輸出穩(wěn)步快速的提升，固態(tài)照明開啟了大量新的應(yīng)用市場(chǎng)。HB-LED的價(jià)格和性能已經(jīng)超越類似于針對(duì)晶體管密度的摩爾定律的海茲定律(Haitz’sLaw)；根據(jù)這個(gè)定律，LED的光輸出等級(jí)每2年會(huì)翻倍，平均每流明光輸出的成本每10年會(huì)降低10倍。
事實(shí)上，LED的光輸出如今每18個(gè)月甚至更短時(shí)間就翻倍，如今市場(chǎng)上已有光效達(dá)到120lm/W的器件，而領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室甚至都演示了光效達(dá)200lm/W的LED。HB-LED的光輸出能力和成本大幅改善的同時(shí)，也面臨著與當(dāng)今先進(jìn)集成電路(IC)一樣的問題——易因ESD遭受嚴(yán)重?fù)p傷。IC制造商已經(jīng)將ESD損傷確定為CMOS器件現(xiàn)場(chǎng)可靠性的`一項(xiàng)主要威脅，因?yàn)樗赡軗p害品牌形象并妨礙市場(chǎng)接受新技術(shù)。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問題，業(yè)界積極努力用后續(xù)新工藝節(jié)點(diǎn)來優(yōu)化集成ESD保護(hù)架構(gòu)，雖然這項(xiàng)工作很少(如果有的話)受到媒體的關(guān)注。與之類似，領(lǐng)先的HB-LED制造商也將ESD確定為固態(tài)照明機(jī)遇的一項(xiàng)顯著威脅，并與ESD專業(yè)人士協(xié)作制定適合的保護(hù)措施。
雖然總光輸出增加提供了最激動(dòng)人心的故事情節(jié)，但眾多有效的ESD保護(hù)措施已經(jīng)應(yīng)運(yùn)而生，并正被集成到知名制造商推廣的HB-LED之中。易受 ESD損傷將藍(lán)寶石襯底和制造綠光和藍(lán)光發(fā)射器時(shí)使用的外延集成在一起，結(jié)果使得器件與紅光LED等相比更易受到ESD損傷。由于藍(lán)寶石襯底是純絕緣體，生產(chǎn)期間加工器件時(shí)會(huì)累積大量的靜電電荷。此外，外延層比紅光LED制造過程中使用的外延層相比，往往更易遭受ESD損傷，很可能就是因?yàn)橹圃爝^程帶入瑕疵等效應(yīng)引起的。在CMOS器件中，制造期間發(fā)生的ESD操作可能在投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用之前仍然還未被發(fā)現(xiàn)，使得應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)發(fā)生未預(yù)料到且成本高昂的故障。LED遭受ESD損傷的常見后果有如裸片表面出現(xiàn)暗點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致LED光輸出下降，并可能使LED燈泡沒用多久就出現(xiàn)故障。LED制造期間的高ESD損傷率會(huì)損及量產(chǎn)良率，并實(shí)際導(dǎo)致良品的價(jià)格升高。
由于HB-LED的長(zhǎng)工作壽命是固態(tài)照明相對(duì)于傳統(tǒng)照明的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)，HB-LED有效的ESD保護(hù)顯然必不可少。如果LED模塊中不含適合的保護(hù)，客戶工程師可能需要在電路板級(jí)應(yīng)用分立保護(hù)，這在物料單(BOM)成本和損及印制電路板(PCB)空間等方面可能代價(jià)高昂，而且板級(jí)ESD保護(hù)遠(yuǎn)不足以為L(zhǎng)ED裸片提供保護(hù)。在封裝中集成有效的ESD保護(hù)是一種更合意的途徑，受到了當(dāng)今眾多HB-LED制造大廠的青睞。ESD保護(hù)可以應(yīng)用為L(zhǎng)ED發(fā)射器裸片旁邊的額外裸片，或在更緊湊的布局中用作上面粘接LED發(fā)射器裸片的次級(jí)貼裝(submount)或側(cè)面貼裝(sidemount)。集成保護(hù)業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了下面兩種集成ESD配置。如圖1所示的側(cè)面貼裝配置將瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管應(yīng)用在與LED發(fā)射器裸片相同的封裝內(nèi)，二極管可以使用線邦定或倒裝芯片技術(shù)來連接，取決于具體應(yīng)用要求。額定ESD等級(jí)因裸片尺寸不同而不同，通常介于8kV至15 k
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