LED無(wú)非處理兩個(gè)問(wèn)題——光和熱,因此熟悉LED產(chǎn)品的光熱分布情況對(duì)分析其質(zhì)量性能至關(guān)重要!但由于國(guó)內(nèi)缺少相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備及表征方法的研究,使得人們?cè)贚ED光熱分布方面了解太少,現(xiàn)在光熱分布不均已是影響國(guó)內(nèi)光電產(chǎn)品可靠性的一大要素。光熱分布檢測(cè)除了用于表征器材的光熱分布性能,也是失效分析中不可或缺的測(cè)試手段,通常應(yīng)用于LED芯片、燈珠、燈具、電源以及功率器材等各個(gè)領(lǐng)域。金鑒實(shí)驗(yàn)室根據(jù)行業(yè)檢測(cè)需求,自主研發(fā)了金鑒顯微光熱分布測(cè)試系統(tǒng),全面應(yīng)用于LED失效分析,且逐步向半導(dǎo)體功率器材領(lǐng)域擴(kuò)展。
LED失效分析測(cè)試案例
案例一:不同環(huán)境溫度下熱分布測(cè)試
金鑒顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)配備高精度控溫體系,可實(shí)現(xiàn)器件在不同溫度下的熱分布測(cè)試。本案例模擬燈具芯片在不同環(huán)境溫度下的結(jié)溫及熱分布狀態(tài),測(cè)試結(jié)果表明,控制環(huán)境溫度達(dá)到80℃時(shí),芯片結(jié)溫122℃,繼續(xù)升高環(huán)境溫度可能導(dǎo)致芯片發(fā)光效率低下甚至芯片受損。
案例二:不同廠家芯片光熱分布差異
看以下案例中A款芯片的光熱發(fā)布均勻度,強(qiáng)烈建議LED芯片規(guī)格書里添加不同使用溫度下的光熱分布數(shù)據(jù)!做好光熱分布來(lái)料檢驗(yàn),可以使LED質(zhì)量更可靠。
案例三:多芯片封裝,電流密度均勻性需把控
某款燈珠采用兩顆芯片并聯(lián)的方式封裝,金鑒顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得B芯片發(fā)光強(qiáng)度較A芯片的大,顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因,LED芯片較小的電壓波動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生較大的電流變化,該燈珠兩顆芯片采用并聯(lián)方式工作,兩顆芯片兩端的電壓一樣,芯片電阻之間的差異會(huì)造成流過(guò)兩顆芯片的電流存在較大差異,從而出現(xiàn)一個(gè)燈珠內(nèi)兩顆芯片亮度不一的現(xiàn)象,影響燈珠性能。
案例四:倒裝芯片光熱分布分析
LED失效分析案例中,CSP燈珠出現(xiàn)膠裂異常,金鑒顯微熱分布測(cè)試分析顯示,芯片負(fù)極焊盤區(qū)域溫度比正極焊盤區(qū)域溫度高約15℃。因此,推斷該芯片電流密度均勻性較差,導(dǎo)致正負(fù)極焊盤位置光熱分布差異較大,局部熱膨脹差異過(guò)大從而引起芯片上方封裝膠開(kāi)裂異常。
案例五:LED燈珠熱分布分析
某客戶的聲控?zé)艟咴谑褂靡欢〞r(shí)間后出現(xiàn)膠體開(kāi)裂和斷線死燈失效,對(duì)該款燈珠進(jìn)行熱分布測(cè)試發(fā)現(xiàn),以燈珠河道為界線,燈珠正負(fù)極焊盤存在較大溫差,負(fù)極焊盤溫度明顯高于正極焊盤溫度,造成PCB基板和燈珠以河道為界線出現(xiàn)熱膨脹不一致,燈珠河道區(qū)域應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致河道區(qū)域的封裝膠出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。同時(shí)燈具PCB基板導(dǎo)熱性較差,導(dǎo)致燈珠熱量囤積,燈珠結(jié)溫偏高(125.5℃),處于熱影響區(qū)的鍵合線在長(zhǎng)期頻繁開(kāi)關(guān)引起的應(yīng)力應(yīng)變作用下出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂直至燒毀開(kāi)路。此案例中,溫度和熱分布測(cè)試結(jié)果能直觀的反應(yīng)燈珠失效點(diǎn)。
案例六:LED燈具熱分布測(cè)試
日常使用的燈具過(guò)熱容易引起電子器件故障,縮短產(chǎn)品使用壽命,嚴(yán)重甚至造成安全隱患,檢測(cè)LED燈具發(fā)熱均勻情況能幫助設(shè)計(jì)產(chǎn)品,合理布置發(fā)熱部件,有效防止過(guò)熱。
LED燈具熱分布
案例七:定位電源失效區(qū)域
電源失效案例中,金鑒使用紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)對(duì)電源進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)中的R5電阻在使用時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重,溫度高達(dá)90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時(shí)最合適的工作溫度在70℃以下,而該電源中R5碳膜電阻在90℃溫度下滿載工作,長(zhǎng)期使用過(guò)程中導(dǎo)致R5電阻失效。
電源熱分布圖及熱點(diǎn)定位
案例八:芯片電極設(shè)計(jì)對(duì)光分布的影響
對(duì)某LED芯片電極圖案進(jìn)行評(píng)估,如下圖所示,芯片的發(fā)光不均勻,區(qū)域1的亮度明顯過(guò)高;相反地,區(qū)域2的LED量子阱卻未被充分激活,降低了芯片的發(fā)光效率。對(duì)此,金鑒建議,可以適當(dāng)增加區(qū)域1及其對(duì)稱位置的電極間距離或減小電極厚度來(lái)降低區(qū)域1亮度,也可以減少區(qū)域2金手指間距離或增加正中間正極金手指的厚度來(lái)增加區(qū)域2亮度,以達(dá)到使芯片整體發(fā)光更加均勻的目的。
LED芯片發(fā)光效果圖
案例九:芯片金道設(shè)計(jì)對(duì)光分布的影響
下圖中芯片左邊為兩個(gè)負(fù)電極,右邊為兩個(gè)正電極,其中,區(qū)域1、2亮度較低,電流擴(kuò)展性不夠,需提高其電流密度,建議延長(zhǎng)最近的正電極金手指以提升發(fā)光均勻度。區(qū)域3金手指位置的亮度稍微超出平均亮度,可減少金手指厚度來(lái)改善電流密度,或者改善金手指的MESA邊緣聚積現(xiàn)象,另外,也可以增加區(qū)域3外的金手指厚度,使區(qū)域3外金手指附近的電流密度增加,提升區(qū)域3外各金手指的電流密度,以上建議可作為發(fā)光均勻度方面的改善,以達(dá)到使芯片整體發(fā)光更加均勻的目的。在達(dá)到或超過(guò)了芯片整體發(fā)光均勻度要求的前提下,可考慮減小金手指厚度來(lái)減少非金屬電極的遮光面積,以提升亮度。甚至,可以為了更高的光效犧牲一定的金手指長(zhǎng)度和寬度。
LED芯片發(fā)光效果圖
案例十:光分布3D模塊測(cè)試評(píng)估芯片光提取效率
金鑒顯微光分布3D測(cè)試模塊可以觀察芯片各區(qū)域的出光強(qiáng)度,填補(bǔ)芯片的光提取效率測(cè)試空白。下圖垂直結(jié)構(gòu)芯片采用了多刀隱切工藝,芯片側(cè)面非常粗糙,粗糙界面可以反射芯片側(cè)面出射的光,提高芯片的光提取效率。從該芯片的3D光分布圖中可以直觀的看到,該芯片邊緣出光較多,說(shuō)明多刀隱切工藝對(duì)芯片出光效率的提升顯著。
案例十一:顯微光分布測(cè)試幫助定位最高效率的電流電壓
金鑒顯微光熱分布系統(tǒng),可幫助客戶避免過(guò)度超電流,準(zhǔn)確定位最高效率下的電流電壓!如下案例中,芯片額定電流為60mA,超額定電流90mA下點(diǎn)亮?xí)r,芯片溫度大大提高,亮度反而出現(xiàn)衰減。過(guò)度的超電流,LED芯片產(chǎn)熱嚴(yán)重,光產(chǎn)出并不會(huì)增加,甚至出現(xiàn)光衰。
案例十二:顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于LED芯片失效分析
失效的LED芯片必然在光熱分布上漏出蛛絲馬跡!某燈珠廠家把芯片封裝成燈珠后,老化出現(xiàn)電壓升高的現(xiàn)象。金鑒通過(guò)顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)芯片主要在正極附近區(qū)域發(fā)光。因此,定位芯片正極做氬離子截面拋光,發(fā)現(xiàn)正極底部SiO2層邊緣傾角過(guò)大,ITO層在臺(tái)階位置出現(xiàn)斷裂、虛接現(xiàn)象,ITO層電阻過(guò)大,電流擴(kuò)散受阻,出現(xiàn)電壓升高異?,F(xiàn)象。
案例十三:倒裝芯片光熱分布分析
失效分析案例中,CSP燈珠出現(xiàn)膠裂異常,使用熱分布測(cè)試系統(tǒng)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試,由于紅外測(cè)溫是通過(guò)物體表面的紅外熱輻射測(cè)量溫度,對(duì)于倒裝芯片表面的藍(lán)寶石也不能穿透,故無(wú)法對(duì)芯片內(nèi)部電極等結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。此時(shí),使用金鑒顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)可以清晰地觀察到芯片電極圖案,從光分布圖可以看出,芯片負(fù)電極位置發(fā)光較強(qiáng),因此推斷負(fù)電極位置電流密度較大,導(dǎo)致此處發(fā)熱量也較大,從而局部熱膨脹差異過(guò)大引起芯片上方封裝膠開(kāi)裂異常。
案例十四:多芯片封裝的光分布監(jiān)測(cè)
金鑒顯微光分布系統(tǒng),能高效精準(zhǔn)分析燈珠內(nèi)各芯片電流密度,是品質(zhì)把控的好幫手!例如某燈珠采用兩顆芯片并聯(lián)的方式封裝,該燈珠點(diǎn)亮?xí)r,金鑒顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得B芯片發(fā)光強(qiáng)度較A芯片的大,顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因,LED芯片較小的電壓波動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生較大的電流變化,該燈珠兩顆芯片采用并聯(lián)方式工作,兩顆芯片兩端的電壓一樣,芯片電阻之間的差異會(huì)造成流過(guò)兩顆芯片的電流存在較大差異,從而出現(xiàn)一個(gè)燈珠內(nèi)兩顆芯片亮度不一的現(xiàn)象,影響燈珠性能。
案例十五:COB光源發(fā)光均勻度測(cè)試
對(duì)于LED光源,特別是白光光源,由于電極設(shè)計(jì)、芯片結(jié)構(gòu)以及熒光粉涂敷方式等影響,其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖所示,COB右半邊燈珠亮度明顯比左半邊低,由標(biāo)尺計(jì)算出,右半邊亮度為左半邊的三分之二,導(dǎo)致這一失效原因也許是COB的PCB板材左右邊銅箔電阻不一致,導(dǎo)致燈珠左右兩邊的芯片所加載的電壓不一致,造成兩邊芯片的發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)差異。
? ? ? ?ymf
評(píng)論
查看更多