臺灣博碩士論文加值系統

本文將探討以TLP、HBM、MM量測儀器分析藍光LED抗ESD能力之研究，並針對其故障模式做分析，最後提供一些因應對策。氮化鎵（GaN）和碳化矽（Sic）等化合物半導體是目前藍光發光二極體（Light emitting diode，LED）及藍光雷射二極體（Laser diode，LD）最具開發價值的族群，但是在製造後卻也面臨許多的挑戰，其中對靜電放電（ESD）非常敏感，也就是說其LED在TLP、HBM、MM之 ESD模式下逆偏通常只有非常低的抗ESD能力。本文以藍光LED對TLP、HBM、MM等測試作為對照，用來驗證ESD的結果是否符合以理論所推導出的TLP、HBM、MM關係，也利用光學顯微鏡，進行失效位置的觀察分析。在這些改善ESD製程中探討LED之ESD問題進而影響到藍光LED的ESD破壞成為遭受ESD破壞的來源造成元件的故障。所以靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)在電子產品良率及可靠度上扮演相當重要的角色。目前為了防護ESD對元件或IC的破壞，第一是提升元件本身對ESD防護的能力，也就是ESD保護元件及電路的設計。第二是加強製造、封裝、測試、組裝、及運輸等環境的靜電放電防制，減少靜電源的產生，此類相關ESDC文件規範可參考ESD Association Standard ANSI/ESD S20.20-1999。

The ability to resist the electrostatic discharge (ESD) of blue-light LED (Light emitting diode) is studied in this thesis. The ESD stress is performed with TLP、HBM and MM. Some solutions to increase the endurance of ESD are present in the last.
At present, Gallium Nitride (GaN) and Silicon Carbide (SiC) are the two major groups to fabricate blue-light LED. But, there still have a lot of problems to overcome after manufacture. One of them is that it is very sensitive to ESD events, that is, the ability to resist ESD is very low under reverse bias mode. In this thesis, these ESD stresses are performed by TLP, HBM, and MM. The results are used to verify ESD ability according to the theory of TLP, HBM, MM. The optics microscope is uses to observe and analysis of the failure position. Now, in order to protect the component from ESD stress, at first, we have to improve the ability to resist ESD. second, strengthen manufacture, encapsulation, test, assembly, and reduce the production of the static source.

目錄

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授權書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iv
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v
誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vii
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．x
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xii

第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2論文架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
第二章　LED原理與結構．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
2.1 LED原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1.1元件構造與發光特性．．．．．．．．．．．4
2.1.2結晶成長技術．．．．．．．．．．．．．．5
2.1.3 LED應用．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1.4技術內容重點．．．．．．．．．．．．．．6
2.1.5氮化銦鎵/氮化鎵藍光二極體之製程．．．．6
2.2 LED之光譜波長實驗目的．．．．．．．．．．．7
2.3 實驗硬體與軟體設備．．．．．．．．．．．．．7
2.4 實驗原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.5 實驗步驟．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2.6 LED原理與優點．．．．．．．．．．．．．．．11
2.7 LED光譜量測實驗結果．．．．．．．．．．．．16
第三章　靜電放電(ESD)模式及測試．．．．．．．．．．．．17
3.1 靜電的成因．．．．．．．．．．．．．．．．．17
3.2 靜電放電破壞機制．．．．．．．．．．．．．．17
3.2.1人體放電模式( HBM) ．．．．．．．．．．17
3.2.2機器放電模式( MM) ．．．．．．．．．．19
3.2.3元件充電模式( CDM) ．．．．．．．．．．21
3.2.4電場感應模式( FIM) ．．．．．．．．．．22
3.3 三種ESD模式之破壞機制．．．．．．．．．．22
3.4 靜電放電測試組合．．．．．．．．．．．．．．23
3.5 靜電放電故障判斷．．．．．．．．．．．．．．24
3.6 靜電放電保護的元件．．．．．．．．．．．．．25
3.7 靜電放電測試的主要領下列三項．．．．．．．．25
3.8 靜電放電防制之工作．．．．．．．．．．．．．25
3.9 HBM、MM量測機台．．．．．．．．．．．．．27
第四章　TLP原理與測試．．．．．．．．．．．．．．．．．28
4.1 傳輸線觸波(TLP)原理．．．．．．．．．．．．28
4.2 ATLP系統簡介．．．．．．．．．．．．．．．．32
第五章 實驗結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．34
5.1 實驗方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

5.1.1以TLP量測儀器分析藍光LED測試方面．．34
5.1.2在HBM，MM測試方面．．．．．．．．．34
5.1.3靜電放電故障判斷．．．．．．．．．．．35
5.2 操作介面之介紹與使用．．．．．．．．．．．．35
5.2.1使用考量．．．．．．．．．．．．．．．35
5.2.2 ATLP4282系統之操作介面介紹．．．．．．36
5.3 實驗結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
第六章　結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58
圖目錄

圖2-1藍光LED結構圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
圖2-2 LED光譜分析量測實驗方塊圖．．．．．．．．．．．．8
圖2-3光譜分析量測實驗前端．．．．．．．．．．．．．．．9
圖2-4光柵光譜儀內部結構圖．．．．．．．．．．．．．．．9
圖2-5發光二極體．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
圖2-6發光二極體PN接面圖．．．．．．．．．．．．．．．12
圖2-7 LED顏色、波長、能隙、材料分佈圖．．．．．．．．．14
圖2-8高亮度藍光LED與一般LED光譜圖．．．．．．．．．15
圖2-9 測藍光LED打HBM(PS)情形．．．．．．．．．．．．16
圖2-10 測藍光LED打HBM(NS)情形．．．．．．．．．．．16
圖2-11 測藍光LED打MM(PS)情形．．．．．．．．．．．．16
圖2-12 測藍光LED打MM(NS)情形．．．．．．．．．．．．16
圖3-1人體放電模型測試等效電路圖．．．．．．．．．．．．18
圖3-2機器放電模型測試等效電路圖．．．．．．．．．．．．20
圖3-3 HBM、MM、CDM波形比較．．．．．．．．．．．．23
圖3-4 HBM、MM量測機台．．．．．．．．．．．．．．．27
圖4-1 TLP原理與組裝．．．．．．．．．．．．．．．．．29
圖4-2電壓/電流特性曲線．．．．．．．．．．．．．．．．30
圖4-3 ATLP系統架設圖．．．．．．．．．．．．．．．．．33
圖5-1碳膜電阻49.7Ω做系統校正．．．．．．．．．．．．．36
圖5-2高壓元件分析儀．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
圖5-3藍光LED順向電流電壓圖．．．．．．．．．．．．．42
圖5-4碳膜電阻49.7Ω做系統校正接線圖．．．．．．．．．．42
圖5-5碳膜電阻49.7Ω做系統校正波形．．．．．．．．．．．43
圖5-6藍光LED量測接線圖．．．．．．．．．．．．．．．43
圖5-7藍光LED量測波形(未崩潰時) ．．．．．．．．．．．44
圖5-8藍光LED量測波形(未崩潰時) ．．．．．．．．．．．44
圖5-9藍光LED量測波形(崩潰時) ．．．．．．．．．．．．45
圖5-10藍光LED量測波形(崩潰時) ．．．．．．．．．．．．45
圖5-11藍光LED順偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．46
圖5-12藍光LED順偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．47
圖5-13藍光LED順偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．48
圖5-14藍光LED逆偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．49
圖5-15藍光LED逆偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．50
圖5-16藍光LED逆偏時TLP量測．．．．．．．．．．．．．51
圖5-17 HBM- PS．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
圖5-18 HBM- NS．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
圖5-19 MM- PS．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
圖5-20 MM-NS．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
圖5-21藍光LED之上視外觀圖．．．．．．．．．．．．．．54
圖5-22藍光LED電極結構示意圖．．．．．．．．．．．．．55






表目錄

表2-1 LED分類與應用範圍．．．．．．．．．．．．．．．14
表2-2 LED材料、磊晶技術、顏色、波長分佈情形．．．．．．15
表2-3 測藍光LED打HBM光波強度情形．．．．．．．．．16
表2-4 測藍光LED打MM光波強度情形．．．．．．．．．．16
表3-1 HBM波形標準值．．．．．．．．．．．．．．．．．19
表3-2 MM波形標準值．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
表3-3 MM波型標準值．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
表5-1藍光LED做TLP、HBM、MM順偏與逆偏量測結果．．40

參考文獻

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