LED内部结构及失效模式分析01版.ppt
LED内部结构及失效模式分析,日期:2013/01/04,工程部解析课,2,一、LED发光原理及内部结构,1.LED 的发光机理 LED其核心是PN结,PN结是指在P型半导体和N型半导体之间的一个过渡层。在一定条件下，如图1.1所示，PN结中，电子从N型材料扩散到P区，而空穴从P型材料扩散到N区，就在PN结处形成一个势垒，阻止了电子和空穴进一步扩散，达到平衡状态。,当PN结外加一个正向偏置电压时，PN结势垒将降低，N区的电子将注入到P区，P区的空穴注入到N区，从而出现非平衡状态。这些新注入的电子和空穴在PN结相遇发生复合，将多余的能量以光的形式释放出来，即电能转化为光能。,图1.1 发光原理图,3,2.LED物理结构,LED灯珠主要由五个部分组成，它们分别是：支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂。以下针对这五个主要部分进行分别介绍：2.1 支架1）支架的作用：用来导电和支撑2）支架的组成：支架由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。2.2 银胶:1）银胶的作用：固定晶片和导电的作用。2）银胶的主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。,图1.2 LED两常见封装结构,一、LED发光原理及内部结构,4,2.3 晶片（Chip）：1）晶片的作用：晶片是LED的主要组成物料，是发光的半导体材料。2）晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷（GaAlAs）或砷化（GaAs）、氮化镓（GaN）等材料组成，其内部结构具有单向导电性。3）晶片的结构：焊单线正极性（P/N结构）晶片，双线晶片。晶片的尺寸单位：mil，晶片的焊垫一般为金垫或铝垫。其焊垫形状有圆形、方形、十字形等。2.4 金线：1）金线的作用：连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。金线的纯度为99.99%Au；延伸率为2-6%，金线的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil等。,图1.3芯片微结构及等效电路,图1.4清晰金线图,一、LED发光原理及内部结构,5,2.5 环氧树脂：1）环氧树脂的作用：保护LED的内部结构，可稍微改变LED的发光颜色，亮度及角度；使LED成形。2）封装树脂包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP（扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。其主要成分为环氧树脂（Epoxy Resin）、酸酐类（酸无水物 Anhydride）、高光扩散性填料（Light diffusion）及热安定性染料（dye）。,一、LED发光原理及内部结构,图1.5 LED实体中间部分为环氧树脂及胶体,3.LED各种类型封装实体图,图1.6 LED各种类型实体图,6,二、LED内部失效模式,1.LED 失效类型及失效机理(模式)1.1 LED 失效类型可分：灾难性失效是指能够导致 LED 不能发光或者在正常驱动电流下只能发出微弱 光线的失效。参数失效是指会导致关键特性偏离出可接受范围的失效。1.2 LED 失效机理（模式）可分：A 封装失效：指的是支架锈蚀、金线断裂、封装材料（固晶胶、封装胶等）结构变化（退化）、荧光粉 失效等引起的失效。B 芯片失效：指的是由芯片材料缺陷、电极材料劣化、PN 结结构损伤、芯片电极欧姆接触不良及芯片污 染等引起的失效。C 电应力失效：指的是由过电流过电压冲击、过驱动、静电损伤等引起的失效。D 热应力失效：指的是结温过高、恶劣环境等引起的失效。E 装配失效：指的是焊接不良、装配不当等引起的失效。,7,二、LED内部失效模式,2.LED 应用典型失效案例及预防,8,二、LED内部失效模式,9,二、LED内部失效模式,10,二、LED内部失效模式,11,三、L/B不良解析,1.1、点灯不可的不良现象 a、整体灯条点灯不可亮 b、1串（或者2串）点灯不亮 c、闪烁,1、厂内以101NC05 L/B失效案例分析,1.2、不良可能原因分析 2.1、FPC折伤引起断路 2.2、FPC与灯条连接处接触不良 2.3、LED单个颗粒焊点不良 2.4、灯条上电容焊点不良 2.5、金手指凹槽处断裂（显微镜下看）2.6、LED灯珠内部失效,12,1.3、厂内L/B失效分析仪器简介,图1.8 光学显微镜,图1.7 Fluck 18B型号万用表,三、L/B不良解析,13,三、L/B不良解析,小结：通过万用表、光学显微镜可解析确认FPC折伤引起断路、FPC与灯条连接处接触不良、LED单个颗粒焊点不良、灯条上电容焊点不良等L/B失效项目，并能确认LED内部失效引起的L/B点灯不可的颗粒单体。但目前厂内仍无法解析LED内部失效原因。,2.LED内部失效分析,失效样品保存,外观检查,性能测试,开封、制样,定位失效点,2.1 LED内部失效分析流程,物理分析,确定失效机理,内部分析,故障模拟分析,14,2.2 LED 失效分析过程对应分析仪器简介,外观检查,光学显微镜、金相显微镜、扫描显微镜,无损分析,X射线透视仪、扫描声学显微镜（C-SAM）,电测,探针台、示波器、LCR测试仪、半导体参数测试仪,开封、制样,开封机、腐蚀机、切割机,理化分析,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）能谱分析仪（EDS）,三、L/B不良解析,15,三、L/B不良解析,1）LED无损成品X-Ray设备简介及效果图,16,三、L/B不良解析,2）Decap（开封）设备简介及LED开封效果,酸开封机,17,三、L/B不良解析,3）电子扫面显微镜简介及LED开封后扫描效果,18,总结1)在 LED 的失效案例中，很大部分是金线连接部分出现问题，作业过程中需克服由金线引起的失效风险。2)LED 是恒流驱动器件，恒压驱动长期使用会极大影响 LED 的寿命。过电压过电流冲击、使用也很大可能会造成 LED 的失效，应在 LED 的额定电流内使用。3)LED 是温度敏感器件，结温升高会影响 LED 的可靠性（寿命）、电气参数（正向电压、最大注入电 流、光效）、色度（色坐标、色温），应注意保证 LED 散热通道的顺畅。LED 也是静电敏感器件，使用中应做好 ESD 防护，防止 LED 受到损伤。在L/B的失效案例中，厂内组立线打下单颗LED问题造成LB某串不亮占小部分。而焊点不良，焊点脱落及FPC与PCB连接处断裂不良占大部分。此部分作业问题，仍需进一步解析优化。,四、总结,.,19,.,20,
