LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)及失效模式分析01版.ppt

1、LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)及失效模式分析,日期:2013/01/04,工程部解析課,一、LED發(fā)光原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),1. LED 的發(fā)光機(jī)理 LED其核心是PN結(jié),PN結(jié)是指在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間的一個(gè)過(guò)渡層。在一定條件下，如圖1.1所示，PN結(jié)中，電子從N型材料擴(kuò)散到P區(qū)，而空穴從P型材料擴(kuò)散到N區(qū)，就在PN結(jié)處形成一個(gè)勢(shì)壘，阻止了電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散，達(dá)到平衡狀態(tài)。,當(dāng)PN結(jié)外加一個(gè)正向偏置電壓時(shí)，PN結(jié)勢(shì)壘將降低，N區(qū)的電子將注入到P區(qū)，P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，從而出現(xiàn)非平衡狀態(tài)。這些新注入的電子和空穴在PN結(jié)相遇發(fā)生復(fù)合，將多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，即電能轉(zhuǎn)化為光能。,圖1.1 發(fā)光原理圖,

2、2. LED物理結(jié)構(gòu),LED燈珠主要由五個(gè)部分組成，它們分別是：支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹(shù)脂。以下針對(duì)這五個(gè)主要部分進(jìn)行分別介紹： 2.1 支架 1）支架的作用：用來(lái)導(dǎo)電和支撐2）支架的組成：支架由支架素材經(jīng)過(guò)電鍍而形成，由里到外是素材、銅、鎳、銅、銀這五層所組成。 2.2 銀膠:1）銀膠的作用：固定晶片和導(dǎo)電的作用。2）銀膠的主要成份：銀粉占75-80%、EPOXY（環(huán)氧樹(shù)脂）占10-15%、添加劑占5-10%。,圖1.2 LED兩常見(jiàn)封裝結(jié)構(gòu),一、LED發(fā)光原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.3 晶片（Chip）： 1）晶片的作用：晶片是LED的主要組成物料，是發(fā)光的半導(dǎo)體材料。 2）晶片的組成：晶片

3、是采用磷化鎵（GaP）、鎵鋁砷（GaAlAs）或砷化（GaAs）、氮化鎵（GaN）等材料組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦浴?3）晶片的結(jié)構(gòu)：焊單線正極性（P/N結(jié)構(gòu)）晶片，雙線晶片。晶片的尺寸單位：mil，晶片的焊墊一般為金墊或鋁墊。其焊墊形狀有圓形、方形、十字形等。 2.4 金線： 1）金線的作用：連接晶片PAD（焊墊）與支架，并使其能夠?qū)?。金線的純度為99.99%Au；延伸率為2-6%，金線的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil等。,圖1.3芯片微結(jié)構(gòu)及等效電路,圖1.4清晰金線圖,一、LED發(fā)光原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.5 環(huán)氧樹(shù)脂：1）環(huán)氧樹(shù)脂的作用：保護(hù)LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可稍微

4、改變LED的發(fā)光顏色，亮度及角度；使LED成形。 2）封裝樹(shù)脂包括：A膠（主劑）、B膠（硬化劑）、DP（擴(kuò)散劑）、CP（著色劑）四部份組成。其主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂（Epoxy Resin）、酸酐類(lèi)（酸無(wú)水物 Anhydride）、高光擴(kuò)散性填料（Light diffusion）及熱安定性染料（dye）。,一、LED發(fā)光原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖1.5 LED實(shí)體中間部分為環(huán)氧樹(shù)脂及膠體,3. LED各種類(lèi)型封裝實(shí)體圖,圖1.6 LED各種類(lèi)型實(shí)體圖,二、LED內(nèi)部失效模式,1. LED 失效類(lèi)型及失效機(jī)理(模式) 1.1 LED 失效類(lèi)型可分： 災(zāi)難性失效是指能夠?qū)е?LED 不能發(fā)光或者在正常驅(qū)動(dòng)電流

5、下只能發(fā)出微弱 光線的失效。 參數(shù)失效是指會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵特性偏離出可接受范圍的失效。 1.2 LED 失效機(jī)理（模式）可分： A 封裝失效：指的是支架銹蝕、金線斷裂、封裝材料（固晶膠、封裝膠等）結(jié)構(gòu)變化（退化）、熒光粉 失效等引起的失效。 B 芯片失效：指的是由芯片材料缺陷、電極材料劣化、PN 結(jié)結(jié)構(gòu)損傷、芯片電極歐姆接觸不良及芯片污 染等引起的失效。 C 電應(yīng)力失效：指的是由過(guò)電流過(guò)電壓沖擊、過(guò)驅(qū)動(dòng)、靜電損傷等引起的失效。 D 熱應(yīng)力失效：指的是結(jié)溫過(guò)高、惡劣環(huán)境等引起的失效。 E 裝配失效：指的是焊接不良、裝配不當(dāng)?shù)纫鸬氖А?二、LED內(nèi)部失效模式,2. LED 應(yīng)用典型失效案例及預(yù)防,二

6、、LED內(nèi)部失效模式,二、LED內(nèi)部失效模式,二、LED內(nèi)部失效模式,三、L/B不良解析,1.1、點(diǎn)燈不可的不良現(xiàn)象 a、整體燈條點(diǎn)燈不可亮 b、1串（或者2串）點(diǎn)燈不亮 c、閃爍,1、廠內(nèi)以101NC05 L/B失效案例分析,1.2、不良可能原因分析 2.1、FPC折傷引起斷路 2.2、FPC與燈條連接處接觸不良 2.3、LED單個(gè)顆粒焊點(diǎn)不良 2.4、燈條上電容焊點(diǎn)不良 2.5、金手指凹槽處斷裂（顯微鏡下看） 2.6、LED燈珠內(nèi)部失效,1.3、廠內(nèi)L/B失效分析儀器簡(jiǎn)介,圖1.8 光學(xué)顯微鏡,圖1.7 Fluck 18B型號(hào)萬(wàn)用表,三、L/B不良解析,三、L/B不良解析,小結(jié)：通過(guò)萬(wàn)用表

7、、光學(xué)顯微鏡可解析確認(rèn)FPC折傷引起斷路 、FPC與燈條連接處接觸不良 、LED單個(gè)顆粒焊點(diǎn)不良 、燈條上電容焊點(diǎn)不良等L/B失效項(xiàng)目，并能確認(rèn)LED內(nèi)部失效引起的L/B點(diǎn)燈不可的顆粒單體。但目前廠內(nèi)仍無(wú)法解析LED內(nèi)部失效原因。,2.LED內(nèi)部失效分析,失效樣品保存,外觀檢查,性能測(cè)試,開(kāi)封、制樣,定位失效點(diǎn),2.1 LED內(nèi)部失效分析流程,物理分析,確定失效機(jī)理,內(nèi)部分析,故障模擬分析,2.2 LED 失效分析過(guò)程對(duì)應(yīng)分析儀器簡(jiǎn)介,外觀檢查,光學(xué)顯微鏡、金相顯微鏡、掃描顯微鏡,無(wú)損分析,X射線透視儀、掃描聲學(xué)顯微鏡（C-SAM）,電測(cè),探針臺(tái)、示波器、LCR測(cè)試儀、半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀,開(kāi)封、

8、制樣,開(kāi)封機(jī)、腐蝕機(jī)、切割機(jī),理化分析,掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM） 能譜分析儀（EDS）,三、L/B不良解析,三、L/B不良解析,1） LED無(wú)損成品X-Ray設(shè)備簡(jiǎn)介及效果圖,三、L/B不良解析,2） Decap（開(kāi)封）設(shè)備簡(jiǎn)介及LED開(kāi)封效果,酸開(kāi)封機(jī),三、L/B不良解析,3） 電子掃面顯微鏡簡(jiǎn)介及LED開(kāi)封后掃描效果,總結(jié) 1) 在 LED 的失效案例中，很大部分是金線連接部分出現(xiàn)問(wèn)題，作業(yè)過(guò)程中需克服由金線引起的失效風(fēng)險(xiǎn)。 2) LED 是恒流驅(qū)動(dòng)器件，恒壓驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)期使用會(huì)極大影響 LED 的壽命。過(guò)電壓過(guò)電流沖擊、使用也很大可能會(huì)造成 LED 的失效，應(yīng)在 LED 的額定電流內(nèi)使用。 3) LED 是溫度敏感器件，結(jié)溫升高會(huì)影響 LED 的可靠性（壽命）、電氣參數(shù)（正向電壓、最大注入電 流、光效）、色度（色坐標(biāo)、色溫），應(yīng)注意保證 LED 散熱通道的順暢。 L