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危!这竟会导致led芯片发生失效
led芯片是led灯的核心组件,led芯片的质量决定产品的性能和可靠性。其主要功能就是把电能转化成光能,在使用过程中,导致led芯片失效的原因有很多。
引言
某led 芯片在环境应力筛选过程中出现一路芯片中的一颗 led 芯片不亮,初步判定是过电应力,现进一步分析失效原因。
测试分析
1 失效复现
为了观察灯珠失效状况,对失效灯板和对正常灯板分别施加电压电流,观察灯珠点亮状况:
发现ng1、hg2、ng3灯板都存在发光异常现象,ng4等灯板整体无明显发光现象,正常灯板:灯珠发光正常,电流正常,后续重点分析失效复现样品ng1、ng2、ng3。
图1 ng灯板灯珠点亮照片
2 iv特性分析
为了更准确地锁定异常灯珠,利用晶体管图示仪对失效灯板上每颗led灯珠进行iv特性测量,观察单颗灯珠iv特性是否异常,结果显示:每块失效灯板都发现一颗iv特性异常灯珠,异常灯珠均表现为开路失效模式。
图2 ng异常灯珠iv特征测试曲线
3 外观检查
利用体视显微镜对异常灯珠和正常灯珠进行外观检查发现:
①外观完好,未发现明显机械损伤痕迹;
②封装胶体透明,未发现明显开裂、胶体黄变等异常。
4 x-ray观察
利用x-ray对失效灯板进行透视观察分析,结果如下:
失效灯板ng1、ng2:异常灯珠芯片电极焊点均存在脱开现象及灯珠基板开裂异常;其他灯珠未发现明显异常现象。
图3 ng1灯板异常灯珠x-ray透视观察典型照片
5 剖面分析
为了确认异常灯珠芯片电极存在开裂异常,对ng1、ng2失效灯板及ok1正常灯板分别进行切片分析,结果如下:
失效灯板ng1:如图4及表1所示,异常灯珠测试结果:①灯珠外焊点焊接完好,未发现明显异常现象;②芯片电极焊点存在脱开异常,同时发现灯珠基板开裂现象,与x-ray观察结果一致;③芯片电极未脱开焊点内部发现较多空洞现象;④电极脱开位置未发现明显异常元素,排除外界污染对焊点脱开的影响。其他灯珠测试结果:①灯珠外焊点发现疲劳开裂现象;②芯片电极焊点内发现较多空洞现象。
失效灯板ng2:如图5所示,异常灯珠及其他灯珠切片结果与ng1样品类似。
正常灯板ok1:如图6所示,正常灯珠切片后外焊点同样发现疲劳开裂现象,芯片电极焊点内同样存在较多空洞。
图4 ng1灯板异常灯珠及其他灯珠切片后sem图片及eds能谱图
表1 ng1灯板异常灯珠切片后截面成分测试结果(wt.%)
图5 ng2灯板异常灯珠切片后sem观察图片
图6 ok1灯板正常灯珠切片后sem观察图片
结论
led芯片功能失效的原因为:灯珠基板因环境筛选试验中产生的内应力而开裂,从而导致芯片电极焊点脱开而开路失效。
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