ESD保护元件优化高亮LED使用

　　演进曲线外潜藏威胁讯号

　　绿光和蓝光LED的商业化，再结合近年来实现的每个元件平均光输出稳步快速的提升，为固态照明开启大量新的应用市场。HB LED的价格和性能已超越海兹定律(Haitzs Law)(类似于针对电晶体密度的摩尔定律(Moores Law)，根据此定律，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年会降低十倍。

　　事实上，LED的光输出现在每18个月(甚至更短时间)就翻倍，如今市场上已有发光效率达到每瓦120流明的元件，而领先的实验室甚至都演示发光效率达每瓦200流明的LED。HB LED的光输出能力和成本大幅改善的同时，也跟当今先进积体电路(IC)一样，容易因ESD而遭受严重损伤。

　　IC制造商已经将ESD损伤确定为互补式金属氧化物半导体(CMOS)元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。为避免此情况，业界积极努力用后续新制程世代来最佳化整合ESD保护架构。同样地，领先的HB LED制造商也将ESD确定为固态照明机遇的一项显著威胁，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。

　　HN LED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磊晶晶圆(Epitaxial Wafer)整合在一起，结果使得元件与红光LED相比更易受到ESD损伤。由于蓝宝石基板是纯绝缘体，生产期间加工元件时会累积大量的静电电荷。此外，磊晶层跟红光LED制造过程中使用的磊晶层相比，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。

　　ESD将有助于延长HB LED使用寿命，加速普及。 图片来源：安森美

　　在CMOS元件中，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。

　　如果LED模组中不含适合的保护，客户工程师可能须要在电路板和应用分立保护，这在整体物料清单(BOM)成本和印刷电路板(PCB)空间等方面可能造成不小损失，且ESD保护远不足以为LED裸片提供保护。

　　在封装中整合有效的ESD保护是一种更合意的途径，受到当今众多HB LED制造大厂的青睐。ESD保护可应用为LED发射器裸片旁边的额外裸片，或在更紧凑的布局中用作上面黏接LED发射器裸片的底面贴装(Submount)或者侧面贴装(Sidemount)。

　　藉整合ESD配置保护HB LED

　　业内出现下面两种整合ESD配置。图1所示的侧面贴装配置将暂态电压抑制器(TVS)二极体应用在与LED发射器裸片相同的封装内，二极体可使用打线或覆晶技术来连接，因应具体应用要求而定。额定ESD等级因裸片尺寸不同而不同，通常介于8k～15kV人体模型(HBM)之间。

　　图1 使用侧面贴装TVS二极体应用LED保护

　　图2 采用矽底面贴装提供的ESD保护

　　图2显示如何在LED和引线框间应用矽底面贴装更紧密整合ESD保护。此构造使LED尺寸更紧凑;底面贴装替代侧面贴装LED模组中使用的传统基板，提供的ESD保护等级超过15kV HBM。矽底面贴装的良好热传导性也帮助LED缓解因LED与引线框热膨胀系数不同导致的应力。

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