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优化高亮度LED的使用寿命:ESD保护考虑事项

2010-10-29 14:29
苏子言岁月
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        随着亮度和能效的提升,延长使用寿命已经为促进基于高亮度发光二极管(HB-LED)的固态照明设计快速发展的主要因素之一。然而,并非所有HB-LED在这些方面都旗鼓相当,制造商应用静电放电(ESD)保护的方式可能是影响HB-LED现场使用寿命的一个至关键的因素。安森美半导体的VidyaPremkumar将在本文中探讨ESD保护的重要性,阐释HB-LED模块制造商藉着最先进保护技术来确保其设计将使用寿命和质量潜能提升至最优。

  引言:演进曲线之外的威胁

  绿光和蓝光LED的商业化,再结合近年来实现的每个器件平均光输出稳步快速的提升,为固态照明开启了大量新的应用市场。HB-LED的价格和性能已经超越海兹定律(Haitz''sLaw)(类似于针对晶体管密度的摩尔定律);根据这个定律,LED的光输出等级每2年会翻倍,平均每流明光输出的成本每10年会降低10倍。

  事实上,LED的光输出现在每18个月(甚至更短时间)就翻倍,如今市场上已有光效达到120lm/W的器件,而领先的实验室甚至都演示了光效达200lm/W的LED.HB-LED的光输出能力和成本大幅改善的同时,也跟当今先进集成电路(IC)一样,容易因ESD而遭受严重损伤。

  IC制造商已经将ESD损伤确定为CMOS器件现场可靠性的一项主要威胁,它可能损害品牌形象并妨碍市场接受新技术。为了避免这个情况,业界积极努力用后续新工艺节点来优化集成ESD保护架构,虽然这项工作很少(如果有的话)受到媒体的关注。同样地,领先的HB-LED制造商也将ESD确定为固态照明的一项显着威胁,并与ESD专家协作制定适合的保护措施。当总光输出增加提供了令人兴奋的题材,众多有效的ESD保护措施也应运而生,并被知名制造商并入到已在市场销售的HB-LED之中。

  易受ESD损伤

  将蓝宝石衬底和制造绿光和蓝光发射器时使用的外延集成在一起,结果使得器件与红光LED等相比更易受到ESD损伤。由于蓝宝石衬底是纯绝缘体,生产期间加工器件时会累积大量的静电电荷。此外,外延层跟红光LED制造过程中使用的外延层相比,往往更易遭受ESD损伤,很可能就是因为制造过程带入瑕疵等效应引起的。

  在CMOS器件中,制造期间发生的ESD操作可能在投入现场应用之前仍然还未被发现,使得应用现场可能会发生未预料到且成本高昂的故障。LED遭受ESD损伤的常见后果有如裸片表面出现暗点,这会导致LED光输出下降,并可能使LED灯泡没用多久就出现故障。LED制造期间的高ESD损伤率会损及量产良率,并实际导致良品的价格升高。由于HB-LED的长工作寿命是固态照明相对于传统照明的一项重要优势,HB-LED有效的ESD保护显然必不可少。

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