Forward-Biased P/N Junction

 

A. LED(Light Emitting Diode)는 P형 및 N형의 반도체 상하에 Gold와 같은 금속 전극을 증착하여, P형 전극에는 (+)전압을 인가하고, N형 전극에는 (―)전압을 인가하였을 때, P/N Junction에 순방향 전류가 흘러 발광되는 Diode입니다.
□ Forward-Biased P/N Junction(순방향)
Junction의 N형 재료가 외부 축전기의 음극에 연결되고, P형 재료가 양극에 연결되었을 때 P/N Junction Diode는 Forward-Biased되었다고 합니다. 이 배열에서 Majority-Carrier는 Junction을 향하여 반발력을 받아 결합하며 이때 Junction의 Barrier는 감소하여 전자와 홀(Hole)이 Junction을 통과할 수 있게 되고 지속적으로 재결합하게 됩니다. 전자 흐름에 대한 Barrier는 P/N Junction이 순방향일때 감소하므로 많은 양의 전류가 흐릅니다(상기그림참조).

 

 

Reverse-Biased P/N Junction

 

□ Reverse-Biased P/N Junction(역 방향)
P/N Junction의 N형 재료가 양극에 연결되고, P형 재료가 음극에 연결되었을때 P/N Junction은 Reverse-Biased되었다고 합니다. 이 배열에서 N형 재료의 전자가 Junction을 벗어나 축전지의 양극에 접근하고, P형 재료의 홀(Hole)은 Junction을 벗어나 축전지의 음극에 접근합니다. Junction을 벗어난 Majority-Carrier의 전자와 홀의 운동은 에너지 Barrier의 폭을 증가시켜 Majority Carrier에 의한 전류를 흐르지 못하게 합니다(상기그림참조).

 

 

LED Bonding Vertical Structure

 

B. LED Bonding Vertical Structure(상기그림참조)

 

 

역방향시 전류,  전압특성

 

C. Ag- Epoxy가 LED의 특성에 미치는 영향
□ 다량의 Ag-Epoxy에 의한 Short 불량
위 LED구조를 나타낸 그림에서 Epoxy가 P영역 보다 더 높게 Dispensing된다면, 전기적으로 N극성과 P극성이 Short됨으로써 Diode가 역방향(Reverse-Biased:OFF상태)으로 인가시 전기적으로 ON 상태의 특성 불량이 나타납니다. 상기그림에서 보이는 바와 같이20V이하에서 N극성과 P극성간에 Short가 발생하였습니다.

 

 

순방향시 전류,전압의 특성

 

□ 소량의 Epoxy로 인한 Die Tilt 및 Wirebonding 불량
Epoxy가 아주 소량으로 Dispensing될 경우, Die Tilt로 인하여 Wirebonding시 불량이 발생될 수도 있습니다.
□Under Cured Epoxy에 따른 불량 (상기그림참조)
접착제가 완전히 경화되지 않은 경우 Wirebonding시 쿠션현상으로 인한 Bonding불량이 발생될 수 있으며 Die Back Side와 Cup(Die Bonding Pad)사이의 불완전한 접착으로 저항이 증가하여 순방향(Forward-Biased)전압 인가시 정격 전압보다 더 높은 전압에서 ON 상태로 되는 전기적 특성의 불량이 발생될 수 있습니다. 상기그림에는 전압이 0.7 V 이상에서 ON 상태로 되어 Diode의 발광 상태가 불량한 것을 나타내었습니다.

□ Die Bonding후 Resin Bleed에 의한 불량
Resin Bleed가 Bonding Pad를 오염시키는 경우,  Wirebonding의 불량을 초래할 수 있습니다.

 

D. LED의 신뢰성 Test
□ Pressure Cooker Test(PCT)
121℃, 100% RH, 168hr의 조건에서 Chip Metal Corrosion으로 인한 특성 불량을 평가하는 Test로서 접착제내에 Chloride Ion 함유량이 높을 경우는 Corrosion을 가속시켜  특성불량을 발생시킬 수 있습니다.

□ Mechanical Shock  / Vibration Test
외부의 물리적 충격에 대한 저항력을 평가하는 Test로서 접착제의 접착강도에 문제가 있는 경우 회로단락 불량이 발생될 수 있습니다. Wirebonding상태가 불량한 경우에도 같은 불량을 초래할 수 있습니다.

□Thermal Shock Test
외부의 열 충격에 대한 제품의 신뢰성 보증 여부를 평가하는 Test로서 접착제의 Under Cure나 접착 강도에 문제가 있는 경우 Delamination이 발생되어 회로 단락을 초래할 수 있습니다.

□ High Temperature Operation Test
150℃, 20% RH의 조건에서 1000hr 동안 Sample을 넣어 신뢰성 보증 여부를 평가하는 Test로서, 접착제의 강도가 낮거나 접착상태가 불량한 경우 Delamination으로 인한 특성불량이 발생될수있습니다.

 

 

 

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