????隨著亮度和能效的提升，延長使用壽命已為促進基于高亮度發光二極體(HB LED)的固態照明設計快速發展的關鍵之一。然而，并非所有HB LED在這些方面皆旗鼓相當，制造商應用靜電放電(ESD)保護的方式可能是影響HB LED現場使用壽命的關鍵因素。本文中將探討ESD保護的重要性，闡釋HB LED模組制造商藉著最先進保護技術來確保其設計將使用壽命和品質潛能提升至最優。

　　演進曲線外潛藏威脅訊號

　　綠光和藍光LED的商業化，再結合近年來實現的每個元件平均光輸出穩步快速的提升，為固態照明開啟大量新的應用市場。HB LED的價格和性能已超越海茲定律(Haitz's Law)(類似于針對電晶體密度的摩爾定律(Moore's Law)，根據此定律，LED的光輸出等級每2年會翻倍，平均每流明光輸出的成本每10年會降低十倍。

　　事實上，LED的光輸出現在每18個月(甚至更短時間)就翻倍，如今市場上已有發光效率達到每瓦120流明的元件，而領先的實驗室甚至都演示發光效率達每瓦200流明的LED。HB LED的光輸出能力和成本大幅改善的同時，也跟當今先進積體電路(IC)一樣，容易因ESD而遭受嚴重損傷。

　　IC制造商已經將ESD損傷確定為互補式金屬氧化物半導體(CMOS)元件現場可靠性的一項主要威脅，它可能損害品牌形象并妨礙市場接受新技術。為避免此情況，業界積極努力用后續新制程世代來最佳化整合ESD保護架構。同樣地，領先的HB LED制造商也將ESD確定為固態照明機遇的一項顯著威脅，并與ESD專家協作制定適合的保護措施。當總光輸出增加提供令人興奮的題材，眾多有效的ESD保護措施也應運而生，并被知名制造商并入到已在市場銷售的HB LED之中。

　　HN LED易受ESD損傷

　　將藍寶石襯底和制造綠光和藍光發射器時使用的磊晶晶圓(Epitaxial Wafer)整合在一起，結果使得元件與紅光LED相比更易受到ESD損傷。由于藍寶石基板是純絕緣體，生產期間加工元件時會累積大量的靜電電荷。此外，磊晶層跟紅光LED制造過程中使用的磊晶層相比，往往更易遭受ESD損傷，很可能就是因為制造過程帶入瑕疵等效應引起的。

　　ESD將有助于延長HB LED使用壽命，加速普及。 圖片來源：安森美

　　在CMOS元件中，制造期間發生的ESD操作可能在投入現場應用之前仍然還未被發現，使得應用現場可能會發生未預料且成本高昂的故障。LED遭受ESD損傷的常見后果有如裸片表面出現暗點，這會導致LED光輸出下降，并可能使LED燈泡沒用多久就出現故障。LED制造期間的高ESD損傷率會損及量產良率，并實際導致良品的價格升高。由于HB LED的長工作壽命是固態照明相對于傳統照明的一項重要優勢，HB LED有效的ESD保護顯然必不可少。

　　如果LED模組中不含適合的保護，客戶工程師可能須要在電路板和應用分立保護，這在整體物料清單(BOM)成本和印刷電路板(PCB)空間等方面可能造成不小損失，且ESD保護遠不足以為LED裸片提供保護。

　　在封裝中整合有效的ESD保護是一種更合意的途徑，受到當今眾多HB LED制造大廠的青睞。ESD保護可應用為LED發射器裸片旁邊的額外裸片，或在更緊湊的布局中用作上面黏接LED發射器裸片的底面貼裝(Submount)或者側面貼裝(Sidemount)。

　　藉整合ESD配置保護HB LED

　　業內出現下面兩種整合ESD配置。圖1所示的側面貼裝配置將暫態電壓抑制器(TVS)二極體應用在與LED發射器裸片相同的封裝內，二極體可使用打線或覆晶技術來連接，因應具體應用要求而定。額定ESD等級因裸片尺寸不同而不同，通常介于8k～15kV人體模型(HBM)之間。

?

　　圖1 使用側面貼裝TVS二極體應用LED保護

?

　　圖2顯示如何在LED和引線框間應用矽底面貼裝更緊密整合ESD保護。此構造使LED尺寸更緊湊;底面貼裝替代側面貼裝LED模組中使用的傳統基板，提供的ESD保護等級超過15kV HBM。矽底面貼裝的良好熱傳導性也幫助LED緩解因LED與引線框熱膨脹系數不同導致的應力。

　　圖2 采用矽底面貼裝提供的ESD保護

　　這兩種途徑都符合多種頂部及背部鍍金制程以適應大多數制造要求，如帶頂層鋁涂層(AuAl, CuAl)選擇、提供更高反射率的金或銅制程，以及金或金錫(AuSn)背金制程選擇。