解析LED被静电击穿的现象及原理

LED失效模式与典型案例LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光装置，具有高亮度、高效率、长寿命等优点，被广泛应用于照明、显示、通讯等领域。

然而，虽然LED具备长寿命的特点，但在长时间使用过程中仍然会出现失效现象。

本文将探讨LED失效的模式以及一些典型案例。

首先，LED的失效模式可以分为两类：逐渐衰减失效和突然失效。

逐渐衰减失效是指LED在使用过程中逐渐失去亮度，最终无法正常发光；突然失效则是指LED在其中一瞬间突然由正常工作状态转变为无法正常工作的状态。

逐渐衰减失效通常是由以下原因引起的：1.光衰：LED的发光亮度会随着使用时间的增加而逐渐降低，这是由于LED辐射出的光会引起材料的退化和老化，从而导致光效降低。

2.色坐标漂移：LED的发光色坐标可能会随着时间的推移而发生变化，这可能是由于发光材料的退化或组装过程中的一些问题引起的。

3.热失效：LED的使用温度是其寿命的重要影响因素，过高的使用温度会导致LED内部材料的退化，从而引起亮度的衰减。

4.电压过高：如果LED在使用过程中电压超过其额定工作电压，会导致器件受损，最终导致亮度衰减或无法正常发光。

突然失效的原因可能包括：1.熔断：在LED发出的光不足以点燃LED的过程中，由于电流过大，LED内部的连接线或引线可能会烧断，导致LED无法正常工作。

2.焊接问题：在LED的制造过程中，如果焊接质量不良，可能会导致电流无法流经LED芯片，从而使LED无法正常发光。

3.电短路：如果LED在使用过程中发生电路短路，会导致大量电流通过LED芯片，使其烧毁。

4.静电击穿：静电会对LED芯片造成损坏，使其无法正常发光。

接下来，我们将介绍一些关于LED失效的典型案例：1.光衰失效：在一些照明应用中，LED的发光亮度在使用一段时间后出现明显衰减，导致照明效果下降。

经调查发现，这是由于LED芯片的热阻过大，使用温度过高，导致LED内部材料退化引起的。

静电导致闪屏原理
静电导致闪屏的原理是：LCD屏上如果存在静电不能快速释放，会将电荷累积在外壳上，导致外壳电位瞬间超过内部工作地，从而对内部电路造成倒灌，引发闪屏现象。

为避免静电导致闪屏，可以采取以下措施：
1.在操作LED显示屏之前，先用抗静电垫或手环进行接地处理，将身体静电释放掉。

2.在安装LED显示屏时，将它们放在干燥的地方，并避免LED显示屏受潮。

3.在搬动LED显示屏时，一定要采用正确的方法，如使用防静电袋或抗静电泡沫垫，避免
直接接触LED显示屏。

4.定期对LED显示屏进行清洁维护，使用静电清除器清除LED显示屏上的电荷。

静电击穿原理静电击穿原理是一种重要的高压电现象，在许多领域如电力、电子、物理学以及生物医学等都有广泛的应用。

其原理是在电场的作用下，电荷会在两个导体之间发生放电。

在足够高的电场强度下，电荷会穿过绝缘介质从而形成电弧。

本文将详细介绍静电击穿原理的相关知识。

一、电场和电荷静电击穿现象是由电场的作用引起的。

电场是一种电场力场，它描述了任何电荷在其周围的力。

电场通常用矢量表示，其方向是从正电荷往负电荷的方向。

电场强度定义为电场力对单位电荷的大小。

其单位是牛/库仑（N/C）。

电荷是物质的性质，通常用元素中的原子核和外部电子的数量来描述。

电荷可以是正的，也可以是负的，也可以是中性的。

电荷通常用库仑（C）作为单位，正负数表示它是正电荷还是负电荷。

同样，电荷可以和电场一样用矢量表示。

二、空气中的静电击穿在一定的电场强度下，导体中的电荷将在空气中产生放电。

一般来说，静电击穿电压取决于两个因素：气体的性质和电极间距离。

比较常见的气体是氮气、氧气和二氧化碳。

对于给定距离的两个导体，当电场强度足够大时，空气中的原子将离开原子中的电子和离子化产生气体等离子体。

这个现象被称为气体击穿。

该气体等离子体是导体和绝缘体之间的媒介。

当电压下降到一定程度时，会发生击穿失真或击穿。

三、电弧的形成在足够高的电场强度下，电荷可以穿过绝缘介质，形成空气中的电弧。

电弧是电流穿过气体导致的辉光放电现象。

辉光放电是通过气体的电离形成等离子体，当该等离子体与电极之间的电场强度足够大时，它会穿过气体形成电弧。

电弧可以是三种不同的类型：1. 直流电弧在直流电压下，如果电极之间的电压达到或超过空气等离子体成形电压，则会发生直流电弧的形成。

直流电弧一旦形成将继续存在，因为等离子体是导体，可以通过电极持续流动。

在交流电压下，电极之间的电压会随着电流的变化而变化。

在每个正、负电压交替时，如果电极之间的电压足够高，则将在气体中形成电弧。

当电压降至或接近零时，电弧将熄灭，然后在反向电压达到时重新点火。

IF 被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流，设定不同的值用以测试二极管的各项性能参数，具体见特性曲线图。

IF 特性：1.以正常的寿命争论，通常标准IF 值设为20 －30mA ，瞬间〔20ms 〕可增至100mA。

2.IF 增大时灯珠的颜色、亮度、VF〔电压〕特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件，IF〔电压〕值增大：寿命缩短、VF 值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变，与相关参数间的关系见曲线图；1.V R 〔灯珠的反向崩溃电压〕由于灯珠是二极管具有单向导电特性，反向通电时反向电流为0 ，而反向电压高到确定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用“ VR来”表示。

VR 特性：1.VR 是衡量P/N 结反向耐压特性，固然VR 赿高赿好；2.VR 值较低在电路中使用时常常会有反向脉冲电流经过，简洁击穿变坏；3.VR 又通常被设定确定的安全值来测试反向电流〔IF 值〕，一般设为5V ；4.红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到20 －40V ，蓝、纯绿、紫色等晶片反向电压只能做到5V 以上。

2.I R 〔反向加电压时流过的电流〕二极管的反向电流为0 ，但加上反向电压时假设用较周密的电流表测量还是有很小的电流，只不过它不会影响电源或电路所以常常无视不记，认为是0 。

IR 特性：1.IR 是反映二极管的反向特性，IR 值太大说明P/N 结特性不好，快被击穿；IR 值太小或为0 说明二极管的反向很好；2.通常IR 值较大时VR 值相对会小，IR 值较小时VR 值相对会大；3.IR 的大小与晶片本身和封装制程均有关系，制程主要表达在银胶过多或侧面沾胶，双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使IR 增大。

3.IV 〔灯珠的光照强度，一般称为灯珠的亮度〕指灯珠有流过电流时的光强，单位一般用毫烛光〔mcd 〕来衡量，由于一批晶片做出的灯珠光强均不一样，封装厂商会将其按不同的等级分类，分为低、中、高等多个等级，而灯珠的价格也与其亮度大小有关系。

LED静电击穿损坏的特点LED静电击穿损坏的特点：静电放电引起LED的PN结击穿损坏是LED器件在封装和应用组装中经常出现的危害方式，并且危害极大，静电损伤具有如下特点：1）隐蔽性:人体不能直接感知静电，即使发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。

目前LED业内大多数情况都是通过实际应用，才能发现LED器件已受静电损伤。

2）潜伏性:静电放电可能造成LED突发性失效或潜在性失效。

突发性失效造成LED的永久性失效。

潜在性失效则可使LED的性能参数劣化，例如漏电流加大，一般GaN基LED受到静电损伤后所形成的隐患并无任何方法可治愈。

3）复杂性:在静电放电的情况下，起放电电源是空间电荷，因而它所储存的能量是有限的，不像外加电源那样具有持续放电的能力，故它仅能提供短暂发生的局部击穿能量。

虽然静电放电的能量较小, 但其放电波形很复杂，控制起来也比较麻烦。

另外，LED极为精细，失效分析难度大，使人容易误把静电损伤失效当作其它失效，在对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。

4）严重性:静电潜在性失效只引起部分参数劣变，如果不超过合格范围，就意味着被损伤的LED可能毫无察觉地通过最后测试，导致出现过早期失效，这对各层次的制造商来说，其结果是最损声誉的。

针对LED静电事故，往往采取一些加强静电管制措施（如接地、铺设静电台垫、离子风扇）其改善效果也不明显。

因为静电是无处不在，很难在每个细节都能控制住静电。

但是，一旦选用抗静电指标高的LED（芯片），那问题将能彻底解决。

因为抗静电高一些的LED一般都能承受我们普通的环境下的静电。

LED 静电的解决方法
静电就是物体表面存在过剩或不足的静电荷，它是一种电能。

静电是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，静电是通过电子或离子转移而形成的。

静电的危害
静电放电(ESD) 引起发光二极管PN 结的击穿，是LED 器件封装和应用组装工业中静电危害的主要方式。

静电损伤具有如下特点：
1、隐蔽性:人体不能直接感知静电，即使发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。

大多数情况都是通过测试或者实际应用，才能发现LED 器件已受静电损伤。

2、潜伏性:静电放电可能造成LED 突发性失效或潜在性失效。

突发性失效造成LED 的永久性失效：短路。

潜在性失效则可使LED 的性能参数劣化，例如漏电流加大，一般GaN 基LED 受到静电损伤后所形成的隐患并无任何方法可治愈。

LED部分基本工作原理1 LED的原理概述发光二极管主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。

其发光体--晶片的尺寸一般为 8.9.10.12..13.14mil （1mil=0.0254 毫米），目前市面上晶片尺寸越来越大,超过40mil。

其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。

当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。

电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。

光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。

由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

2 发光二极管的伏安特性顺向电压(VFv.s.顺向电流(IF;逆向电压(VRv.s.逆向电流(IR;LED是电流驱动元件,非电压驱动元件;测试时,VR =5V时,IR <10μA也就是说:IR =10μA时, VR>5V;电流从正极PIN脚流入，经金线流至芯片正极（P极），再流至芯片P/N结，从而激发芯片发光（芯片为P/N结处发光），再流至N结，至杯底后经短脚流出，而形成一完整的封闭电路通常芯片设计时考虑其正常工作电流为 20mA ，因此，使用发光二极管及生产测试时，通过发光二极管的电流均为 20mA ，此电流称为正向电流（ If ）。

伏安特性曲线图LED光电特性参数1 、三要素LED的VF,IV,λd(x,y称为其光电特性三要素;IV是指在一定正向电流下的亮度;λd是指其主波长;波长决定了发光的颜色。

X,Y是指在CIE光谙图中色度坐标系统中的坐标值。

可見光的波段从紫光(約 380nm 到紅光(770nm不可見光的波長紅外線長於 770nm 紫外線短於 380nm。

VF顺向电压,一般：红、黄、黄绿，VF值在1.8-2.3V蓝、绿、紫，VF值在2。

8-3.6V之间。

2、IF顺向电流IF 值通常为 20mA 被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流. IF 增大时 LAMP 的颜色、亮度、 VF 特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件， IF 值增大：寿命缩短、 VF 值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变.3、.VR反向电压由于 LAMP 是二极管具有单向导电特性，反向通电时反向电流为 0 ，而反向电压高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用“ VR ”来表示。

LED灯不能忽视ESDESD（Electro-Static discharge）即静电释放是电子元器件最常见的损害方式，LED灯涉及多种电子元器件，其中部分对ESD损害敏感，一旦发生损害，将导致LED灯失效乃至报废。

ESD导致电流瞬间出现浪涌或电压瞬变，是过去存储的电能瞬间释放所致。

这种电能释放可通过受控切换作用以可预知的方式释放，或被随机导入外部的电能以不可预知的方式释放，不论怎样瞬间电流或电压的急剧变化都可能造成LED 灯电子元器件的损坏。

ESD会对电子线路造成严重的威胁，发生ESD最常见的原因是两种不同物质之间发生摩擦，导致电荷在它们的表面上累积并积聚能量。

人体表面因与衣物等不同的物体摩擦，常常就存在静电荷，并且这种静电荷电压常常可能会高达15,000 伏。

骑自行车时大腿常常出现疼痛刺感就是ESD 放电，当电压达数千伏时ESD放电会被人感知疼痛，而较低的放电电压常常不被察觉，但却能对LED 灯的电子元器件造成破坏。

静电的传播途径一是感应的空气放电二是传导，感应的空气放电主要防护措施是屏蔽，主要考虑LED灯具结构；传导的防护主要是吸收，我们只要在需要保护的端口前增加抗ESD器件。

有效ESD保护的关键是限制ESD发生时的电压，使其处在LED灯的安全电压范围内。

SPA可以避免ESD带来的冲击，首先会用二极管吸收瞬间变化，再进而引导电流，其次雪崩二极管或齐纳二极管会限制电压水平。

限压和限流能防止LED灯因瞬间变化超出额定值而受到损坏。

智能控制LED灯要求实现灵敏的用户交互，包括快速控制与信号反馈，这就得依靠微芯片组、接口及端口，这些都对ESD非常敏感，因此需要更为妥善的防静电保护措施。

实现有效ESD保护的最简单方式就是接地，提供接地的低阻抗电流路径，埋地极板需要深挖并施放盐水等导电物质，为确保有效可施工两处埋地极板，并实施严格地抗静电操作规程。

LED灯的电路板所能承受的电容量以及电路板所需ESD电平，都需要在生产过程中加以特别注意，LED灯公司需要配备无静电工作台，对LED灯售后维修工程师也需要加强这方面的培训。