顯微紅外熱測(cè)試系統(tǒng)在LED芯片的應(yīng)用案例

　　LED芯片作為熱敏感器件，溫度和熱分布性能直接影響其性能及可靠性。LED芯片尺寸較小，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫方式無(wú)法測(cè)試芯片表面溫度；電學(xué)法等方式可以測(cè)試芯片結(jié)溫，但所得溫度是芯片的平均溫度，無(wú)法觀測(cè)到芯片的溫度場(chǎng)分布。金鑒顯微紅外熱測(cè)試系統(tǒng)，采用非接觸式無(wú)損紅外測(cè)溫方式，可測(cè)試樣品微米級(jí)區(qū)域的溫度及溫度分布，滿足LED芯片溫度及溫度場(chǎng)分布的測(cè)試需求。還能通過(guò)定位LED芯片熱點(diǎn)來(lái)尋找芯片漏電點(diǎn)。

　　案例一：金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位系統(tǒng)查找芯片漏電點(diǎn)

　　客戶反饋在測(cè)試芯片抗靜電能力測(cè)試后，LED芯片出現(xiàn)漏電現(xiàn)象現(xiàn)在，委托金鑒要求查找芯片漏電點(diǎn)。

　　測(cè)試原理：

　　在通電點(diǎn)亮的LED芯片后，使用金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位系統(tǒng)對(duì)芯片表面進(jìn)行熱分布掃描，如果LED芯片存在缺陷點(diǎn)，缺陷處的溫度將無(wú)法迅速通過(guò)金屬線傳導(dǎo)散開，此時(shí)，會(huì)導(dǎo)致缺陷處溫度累積升高，并進(jìn)一步引起金屬線電阻以及電流變化，通過(guò)金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位測(cè)試系統(tǒng)可在線觀看到芯片的熱分布異常，定位缺陷位置。該方法常用于LED芯片內(nèi)部高阻抗及低阻抗分析，芯片漏電路徑分析。

　　測(cè)試過(guò)程：

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　　正向點(diǎn)亮漏電LED芯片,Vf偏低（左圖）。反向測(cè)試芯片漏電流顯示漏電流較大（右圖）

　　芯片漏電測(cè)試

　　金鑒工程師利用金鑒自研發(fā)顯微紅外熱點(diǎn)定位熱分布測(cè)試系統(tǒng)對(duì)漏電芯片進(jìn)行點(diǎn)亮測(cè)試。

　　顯微紅外熱點(diǎn)定位熱分布測(cè)試結(jié)果顯示：漏電芯片上熱分布不均，存在異常熱點(diǎn)，熱點(diǎn)即為芯片漏電缺陷點(diǎn)。

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　　存在缺陷或性能不佳的半導(dǎo)體器件通常會(huì)表現(xiàn)出異常的局部功耗分布，最終會(huì)導(dǎo)致局部溫度增高。金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位熱分布系統(tǒng)，利用新型高分辨率微觀缺陷定位技術(shù)，可在大范圍內(nèi)高效而準(zhǔn)確地確定關(guān)注區(qū)域（異常點(diǎn)）位置。圖示為在金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位測(cè)試布設(shè)備下LED芯片漏電圖：

　　LED芯片熱點(diǎn)定位圖

　　在金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位測(cè)試系統(tǒng)中，不同模式調(diào)色板下的芯片漏電圖如圖所示顯示：

　　不同調(diào)色板下的LED芯片熱點(diǎn)定位圖

　　對(duì)于受損LED來(lái)說(shuō)，缺陷引起的非輻射復(fù)合幾率增加，在加壓增強(qiáng)的情況下，局部的高電場(chǎng)或強(qiáng)復(fù)合所引起的紅外輻射能量被金鑒顯微紅外探測(cè)系統(tǒng)所接收，可以看到明亮的發(fā)光點(diǎn)或者熱斑，再經(jīng)過(guò)CCD圖像轉(zhuǎn)換處理，將其與器件表面的光學(xué)發(fā)射像疊加，就可以確認(rèn)漏電造成發(fā)光點(diǎn)的位置?？梢?jiàn)光與紅外雙重成像技術(shù)精確定位細(xì)微缺陷！

　　案例二：金鑒顯微紅外熱點(diǎn)定位系統(tǒng)查找紫外垂直芯片漏電點(diǎn)

　　客戶反饋其紫外垂直芯片存在漏電現(xiàn)象，送測(cè)裸晶芯片，委托金鑒查找芯片漏電點(diǎn)。

　　見(jiàn)光圖和熱成像圖融合，精準(zhǔn)定位LED芯片熱點(diǎn)

　　取裸晶芯片進(jìn)行外觀觀察，發(fā)現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)完整，無(wú)擊穿形貌，表面干凈無(wú)污染。通過(guò)金鑒探針系統(tǒng)對(duì)裸晶芯片加載反向電壓后，在暗室中使用顯微紅外熱點(diǎn)定位系統(tǒng)的熱點(diǎn)自動(dòng)搜尋功能定位到了芯片上若干熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)可見(jiàn)光與熱成像雙重成像融合后，可以清晰觀察到熱點(diǎn)所在，即為芯片漏電缺陷處。

　　案例三：芯片熱性能分析

　　客戶送測(cè)LED芯片，委托金鑒在指定電流條件下（30mA、60mA、90mA）進(jìn)行芯片熱分布測(cè)試。其中60mA為額定電流。

　　點(diǎn)亮條件：30mA、60mA、90mA

　　環(huán)境溫度：20~25℃/40~60%RH

　　不同加載電流下芯片熱分布對(duì)比圖

　　燈珠正常使用時(shí)，額定電流為60mA。金鑒通過(guò)顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，該芯片在額定電流下工作，芯片存在發(fā)熱不均勻的現(xiàn)象，其負(fù)極靠近芯片邊緣位置溫度比正電極周圍高10度左右。建議改芯片電極設(shè)計(jì)做適當(dāng)優(yōu)化，以提高發(fā)光效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

　　該芯片不同電流下（30mA、60mA、90mA）都存在發(fā)熱不均的現(xiàn)象，芯片正極區(qū)域溫度明顯高于負(fù)極區(qū)域溫度。當(dāng)芯片超電流（90mA）使用時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)過(guò)多的電流并沒(méi)有轉(zhuǎn)變成為光能，而是轉(zhuǎn)變成為熱能。

　　案例四：芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)失效分析

　　某燈具廠家把芯片封裝成燈珠后，做成燈具，在使用一個(gè)月后出現(xiàn)個(gè)別燈珠死燈現(xiàn)象，委托金鑒查找原因。本案例，金鑒發(fā)現(xiàn)該燈具芯片有漏電、燒電極和掉電極的現(xiàn)象，通過(guò)自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試儀發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫差過(guò)大，再經(jīng)過(guò)FIB對(duì)芯片正負(fù)電極切割發(fā)現(xiàn)正極Al層過(guò)厚和正極下缺乏二氧化硅阻擋層。顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)在本案例中，起到定位失效點(diǎn)的關(guān)鍵作用。

　　對(duì)漏電燈珠通電光學(xué)顯微鏡觀察：

　　金鑒隨機(jī)取1pc漏電燈珠進(jìn)行化學(xué)開封，使用3V/50uA直流電通電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)燈珠存在電流分布不均現(xiàn)象，負(fù)極一端處的亮度較高。

　　芯片光分布圖

　　對(duì)漏電燈珠顯微紅外觀察：

　　使用金鑒自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)對(duì)同樣漏電芯片表面溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫度差距很大，數(shù)據(jù)顯示如圖，負(fù)極電極溫度為129.2℃，正極電極溫度為82.0℃，電極兩端溫差>30℃。

　　芯片熱分布圖

　　死燈芯片負(fù)極金道FIB切割：

　　根據(jù)顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)儀的測(cè)試數(shù)據(jù)，金鑒工程師把芯片失效原因定位到芯片自身結(jié)構(gòu)問(wèn)題上，因此對(duì)死燈燈珠芯片靠近負(fù)極電極燒毀位置下方的金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)，鋁（Al）層與第1層鉻（Cr）層結(jié)合良好。芯片負(fù)極的鋁層厚度約為100nm。

　　LED芯片負(fù)極金道FIB切割及截面形觀察

　　死燈芯片正極金道FIB切割：

　　1. 金鑒工程師對(duì)死燈燈珠芯片正極金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)，金鑒發(fā)現(xiàn)：Cr-Al-Cr-Pt層呈現(xiàn)波浪形貌，尤其ITO層呈現(xiàn)波浪形貌，ITO層熔點(diǎn)較低，正極在高溫下，芯片正極ITO-Cr-Al-Cr-Pt層很容易融化脫落，這也是金鑒觀察到前面部分芯片正極脫落的原因。

　　2. 芯片正極的鋁層厚度約為251nm，明顯比負(fù)極100nm要厚，而負(fù)極和正極Cr-Al-Cr-Pt-Au是同時(shí)的蒸鍍?yōu)R射工藝，厚度應(yīng)該一致。

　　3. 在芯片正極金道ITO層下，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)二氧化硅阻擋層。而沒(méi)有阻擋層恰好導(dǎo)致了正負(fù)電極分布電流不均，電極溫差大，造成本案的失效真因。

　　LED芯片正極金道FIB切割及截面形貌觀察

　　案例五：芯片溫度變化觀察

　　委托單位送測(cè)LED燈珠樣品，要求使用顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)觀察燈珠在不同電流下表面溫度的變化情況。

　　對(duì)大尺寸的倒裝芯片進(jìn)行觀察：

　　時(shí)樣品電流為1A，此時(shí)芯片表面溫度約134℃；一段時(shí)間后，電流降低到800mA，溫度在切換電流后的2s內(nèi)，溫度下降到125℃，隨后逐漸下降到115℃達(dá)到穩(wěn)定；緊接著再把電流降低到500mA，10s后，溫度從115℃下降到91℃。

　　加載電流變化下大尺寸倒裝芯片的溫度-時(shí)間曲線圖

　　對(duì)小尺寸的倒裝芯片進(jìn)行觀察：

　　樣品在300mA下穩(wěn)定時(shí)，芯片表面溫度約為68℃；電流增加到500mA，10s后溫度上升到99℃；隨后把電流降低到200mA，13s后溫度下降到57℃，此時(shí)把電流增加到400mA，芯片表面溫度逐漸上升，在20s后溫度達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)溫度約為83℃；最后把電流降低到100mA后，溫度逐漸下降。

　　加載電流變化下小尺寸倒裝芯片的溫度-時(shí)間曲線圖

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