LED失效分析方法简介

LED失效分析方法简介

和半导体器件一样，发光二极管(LED)早期失效原因分析是可靠性工作的重要部分，是提高LED可靠性的积极主动的方法。LED失效分析步骤必须遵循先进行非破坏性、可逆、可重复的试验，再做半破坏性、不可重复的试验，最后进行破坏性试验的原则。采用合适的分析方法，最大限度地防止把被分析器件(DUA)的真正失效因素、迹象丢失或引入新的失效因素，以期得到客观的分析结论。针对LED所具有的光电性能、树脂实心及透明封装等特点，在LED早期失效分析过程中，已总结出一套行之有效的失效分析新方法。

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;固晶和键合位置是否准确无误;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LED?DUA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扩展不良现象。



6、 试验反证法

　　LED失效分析过程中，经常受到分析仪器设备和手段的限制，不能直观地证明失效原因，高素质的分析工程师，经常通过某些分析试验，采取排除的办法，推论反证失效原因。例如DUA为8×8红光 LED点阵，半成品初测合格，灌胶后出现单点LED反向漏电流特大，受仪器设备限制，只有直流电源和LED光电参数测试仪，不能做解剖或透视分析，测试中发现DUA正向光电参数无异常，而反向漏电流大，故采用反向偏置并加大电流至数十毫安后，再测正向光电参数，前后结果无明显变化，说明反向偏置中的数十毫安并非从该LED芯片通过，由此推定并非LED芯片造成漏电。