靜電對LED晶元的危害有多大？

原標題：靜電對LED晶元的危害有多大？

作者 | 夏俊峰

在LED行業，似乎將靜電當成了損壞LED的頭號大敵。但本人卻不這麼認為。

1 靜電的產生機理

通常，靜電的產生是由於摩擦或感應而產生。

摩擦靜電是由於兩個物體接觸摩擦或分離過程中產生電荷的移動而產生。導體間的摩擦留下的靜電通常比較弱，這是由於導體的導電能力強，摩擦產生的離子會在摩擦過程中及終止時很快運動到一起而中和。而絕緣體摩擦後，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，電子很難脫離原子核的束縛自由移動，所以，摩擦結果也只能產生少量的分子或原子電離。

感應靜電是物體處於電場之中，受電磁場的作用，物體中的電子發生移動而形成電場。感應靜電一般只能在導體上產生。空間電磁場對絕緣體的作用可以忽略。

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不死人，是何道理? 電容兩端的電壓滿足下列公式：U=Q/C。根據這個公式可以知道，當電容量很小時，很少的電荷量，就會產生很高的電壓。通常我們的身體、身邊的物體，電容都非常小，當產生電荷後，很少的電荷量，也會產生很高的電壓。由於電荷量很少，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。由於人體不是絕緣體，所以，身體各處積累的靜電荷，在有放電通路的情況下，都會彙集過來，所以感覺電流大些，有電擊的感覺。人體、金屬物品等導體在產生靜電後，放電電流會比較大。

對於絕緣性能好的材料，一個是產生的電荷量非常小，另一方面，產生的電荷，很難流動。電壓雖然高，但某處有放電通路時，只是接觸點及附近極小範圍內的電荷可以流動放電，非接觸點的電荷則不能放電（誰叫它是絕緣體呢）。故而，就是有上萬伏的電壓，放電能量也是微乎其微的。如圖8所示。

所以，雖然塑料周轉箱、包裝泡沫上、化纖地毯等的靜電電壓非常高，其實放電能量非常小。

3 靜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」，就是用硅材料製造的常用的二極體、三極體，也都會受到威脅。甚至建築、樹木、動物都可能被靜電損害（雷電就是一種靜電，我們這裡就不去考慮它了）。

那麼，靜電是怎麼對電子元件損害的呢?我也不要扯得太遠，就只講半導體器件的問題，而且就局限於二極體、三極體、IC、LED方面。

電對半導體元器件的損壞，最終是有電流的參與。在電流的作用下，由於熱而損壞器件。要有電流，就要有電壓。但是，半導體二極體有PN結，無論是正向還是反向，PN結都會有阻擋電流的一個電壓範圍。正向勢壘低，反向勢壘則要高很多。在一個電路中，哪裡的電阻大，電壓就在哪裡集中。但就來看LED，電壓正向加給LED時，當外電壓小於二極體的閾值電壓（大小與材料禁帶寬度對應），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!因為沒有電流。當著PN結擊穿後，外電壓才會由電路上的所有電阻分擔。哪個地方電阻大，哪個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結上產生的熱功率就是它上面的壓降乘以電流值。若是電流值不加限制，過高的熱量就會將PN結燒壞，PN結失去作用而穿通。

IC為什麼會比較怕靜電，因為，IC中的每個元件的面積非常小，每個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體、小功率三極體都不是非常怕靜電，因為它們晶元的面積比較大，寄生電容也比較大，一般的靜定不容易在它們上面積累高電壓。小功率的MOS管，由於柵極氧化層很薄，寄生電容小，所以很容易遭靜電損壞，通常會在封裝完成後將三個電極短路後出廠。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，由於晶元面積大，一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（早期製造廠還是將它們短路後出廠的）。

LED實際就是有個二極體，它的面積相對IC內的每個元件來講，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，尤其是絕緣體上產生的靜電，電壓會很高，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。

4 為何說靜電對LED的損害不常發生呢

先來看一個試驗現象。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會被損壞嗎?這裡，LED要被損壞，通常應該是被加上大於其擊穿電壓的電壓，也就是說LED的兩個電極要同時接觸金屬板，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等，所謂500V的電壓是相對於地而言的，所以，LED兩電極間是沒有電壓的，自然也就不會受到任何損傷了。除非，你將LED的一個電極接觸鐵板，另一個電極你用導體（未戴絕緣手套的手或導線）連接到地或其它導體上。

上面的試驗現象提示我們，LED在靜電場中時，必須是一個電極接觸靜電體，另一個電極要接觸地或其它導體才可能受損。在實際生產和應用中，以LED那麼小的體積，很少有機會發生那樣的事情，尤其是批量發生那樣的事情。偶然的事件是可能的。比如，LED處於靜電體上，且一個電極接觸到靜電體，另一個電極剛好是懸空的，此時有人去觸及了懸空的那個電極，就可能損傷LED。

上面的現象告訴我們，靜電問題也不是可以忽視的。 靜電放電是要有導電迴路的，不是有靜電就有損害。當著僅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，則更多的可能是晶元沾污或應力的問題。

想與行業大牛交流技術問題？

加好友時請備註「技術群」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！