LED失效分析方法减薄树脂光学透视法.pdf

LED 失效分析方法 1、 减薄树脂光学透视法 在LED 失效非破坏性分析技术中，目视检验是使用最方便、所需资源最少的方法，具有适 当检验技能的人员无论在任何地方均能实施，所以它是最广泛地用于进行非破坏检验失效 LED 的方法。除外观缺陷外，还可以透过封装树脂观察内部情况，对于高聚光效果的封装， 由于器件本身光学聚光效果的影响，往往看不清楚，因此在保持电性能未受破坏的条件下， 可去除聚光部分，并减薄封装树脂，再进行抛光，这样在显微镜下就很容易观察LED 芯片 和封装工艺的质量。诸如树脂中是否存在气泡或杂质;固晶和键合位臵是否准确无误;支架、 芯片、树脂是否发生色变以及芯片破裂等失效现象，都可以清楚地观察到了。 2、半腐蚀解剖法 对于LED 单灯，其两根引脚是靠树脂固定的，解剖时，如果将器件整体浸入酸液中，强酸 腐蚀祛除树脂后，芯片和支架引脚等就完全裸露出来，引脚失去树脂的固定，芯片与引脚的 连接受到破坏，这样的解剖方法，只能分析DUA 的芯片问题，而难于分析DUA 引线连接 方面的缺陷。因此我们采用半腐蚀解剖法，只将LED DUA 单灯顶部浸入酸液中，并精确控 制腐蚀深度，去除LEDDUA 单灯顶部的树脂，保留底部树脂，使芯片和支架引脚等完全裸 露出来，完好保持引线连接情况，以便对DUA 全面分析。图 1 所示为半腐蚀解剖前后的 φ5LED，可方便进行通电测试、观察和分析等试验 在LED-DUA 缺陷分析过程中，经常遇到器件初测参数异常，而解剖后取得的芯片进行探针 点测，芯片参数又恢复正常，这时很难判断异常现象是由于封装键合不良导致，还是封装树 脂应力过大所造成。采用半腐蚀解剖，保留底部树脂，祛除了封装树脂应力的影响，又保持 DUA 内部引线连接，这样就很容易确认造成失效的因素。 3、 金相学分析法 金相学分析法是源于冶金工业的分析和生产控制手段，其实质是制备供分析样品观察用的典 型截面，它可以获得用其他分析方法所不能得到的有关结构和界面特征方面的现象[1]。LED 的截面分析，是对LED-DUA 失效分析的 “最后手段”，此后一般无法再进行其他评估分析。 它也是一种LED 解剖分析法，为了分析微小样品，在一般试验中，需要对分析样品进行树 脂灌封，以便进行机械加工，再对所需要分析的界面进行刨削或切断，然后经过研磨、抛光， 获得所要分析的界面。而对LED 器件，有很多本身就是树脂灌封器件，这样只要选好界面， 就可通过刨削、研磨、抛光等，获得LED-DUA 的典型截面。操作中，剖截面通常可用金刚 砂纸研磨，当接近所关注的区域时，改用较细的金刚砂纸研磨或水磨，最后在细毛织物上用 0.05μm的氧化铝膏剂抛光。图2 为φ5白光LED 侧向典型截面，可清楚地看到其结构情况。 需要注意的是GaN 基LED 中的蓝宝石衬底异常坚硬，由于目前尚未有较好的研磨方法，因 此对这类的DUA 还难以对芯片进行截面分析。 4、 析因试验分析法 析因试验是根据已知的结果，去寻找产生结果的原因而进行的分析试验[2]。通过试验， 分清是主要影响还是次要影响的因素，可以明确进一步分析试验的方向。析因试验分析是一 种半破坏性试验。LED-DUA 解剖分析对操作过程要求较高，稍不留神即可能造成被分析器 件的灭失。分析过程中，经常先采用析因试验分析法，分析工程师根据复测结果和外观检查 情况，综合相应理论知识和以往积累的分析经验，估计器件失效原因，并提出针对性试验和 方法进行验证。一般可采用相应的物理措施和试验———冷热冲击试验、重力冲击试验、高 温或低温试验和振动试验等。例如库存φ5透明红光LED 单灯，出货检验时出现个别LED 间歇开路失效现象，而两次检测只经过搬动运输，故先对DUA 采用重力冲击试验，出现试 验后开路失效，减薄树脂后看到芯片与银浆错位，是造成间歇开路失效的原因。 5、 变电流观察法 作为光电器件的LED ，与一般半导体器件相比，其失效分析除检测DUA 的电参数外， 还必须关注光参数方面的变化。除了通过专业测试仪检测外，还可直接通过眼睛或借助显微 镜观察DUA 的出光变化情况，经常可以得到预想不到的收获。如果DUA 按额定电流通电， 观察时可能因出光太强而无法看清，而通过改变电流大小，可清晰地观察到其出光情况。例 如GaN 基蓝光LED 正向电压Vf 大幅升高的现象，在小电流下，有些可以观察到因电流扩 展不良而造成芯片只有局部发光的现象，显然为电极与外延层间接触不牢靠，在封装应力的 作用下，接触电阻变大所造成的失效。图3 为经减薄处理后φ5LED所观察到的芯片小电流