金鑒實驗室：LED芯片來料檢驗、失效分析

芯片是LED最關(guān)鍵的原物料，其質(zhì)量的好壞，直接決定了LED的性能。特別是用于汽車或固態(tài)照明設(shè)備的高端LED，絕對不容許出現(xiàn)缺陷，也就是說此類設(shè)備的可靠性必須非常高。然而，LED封裝廠由于缺乏芯片來料檢驗的經(jīng)驗和設(shè)備，通常不對芯片進行來料檢驗，在購得不合格的芯片后，往往只能吃啞巴虧。金鑒檢測在累積了大量LED失效分析案例的基礎(chǔ)上，推出LED芯片來料檢驗的業(yè)務，通過運用高端分析儀器鑒定芯片的優(yōu)劣情況。這一檢測服務能夠作為LED封裝廠/芯片代理廠來料檢驗的補充，防止不良品芯片入庫，避免因芯片質(zhì)量問題造成燈珠的整體損失。

檢測項目：

一、 芯片各項性能參數(shù)測試

Wd（主波長）、Iv（亮度）、Vf（順向電壓）、Ir（漏電）、ESD（抗靜電能力）等芯片的光電性能測試，金鑒作為第三方檢測機構(gòu)能夠鑒定供應商提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是否達標。

二、 芯片缺陷查找

檢測內(nèi)容：

1. 芯片尺寸測量，芯片尺寸及電極大小是否符合要求，電極圖案是否完整。

2. 芯片是否存在焊點污染、焊點破損、晶粒破損、晶粒切割大小不一、晶粒切割傾斜等缺陷。

LED芯片的受損會直接導致LED失效，因此提高LED芯片的可靠性至關(guān)重要。蒸鍍過程中有時需用彈簧夾固定芯片，因此會產(chǎn)生夾痕。黃光作業(yè)若顯影不完全及光罩有破洞會使發(fā)光區(qū)有殘余多出的金屬。晶粒在前段制程中，各項制程如清洗、蒸鍍、黃光、化學蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會有晶粒電極刮傷的情況發(fā)生。

芯片電極對焊點的影響：芯片電極本身蒸鍍不牢靠，導致焊線后電極脫落或損傷；芯片電極本身可焊性差，會導致焊球虛焊；芯片存儲不當會導致電極表面氧化，表面玷污等等，鍵合表面的輕微污染都可能影響兩者間的金屬原子擴散，造成失效或虛焊。

3. 芯片外延區(qū)的缺陷查找

LED外延片在高溫長晶過程中，襯底、MOCVD反應腔內(nèi)殘留的沉積物、外圍氣體和Mo源都會引入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會滲入磊晶層，阻止氮化鎵晶體成核，形成各種各樣的外延缺陷，最終在外延層表面形成微小坑洞，這些也會嚴重影響外延片薄膜材料的晶體質(zhì)量和性能。金鑒檢測研發(fā)出快速鑒定芯片外延區(qū)缺陷的檢測方法，能夠低成本、快速地檢測出芯片外延層80%的外延缺陷，幫助LED客戶選擇高質(zhì)量的外延片、芯片。

4. 芯片工藝和清潔度觀察

電極加工是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學蝕刻、熔合、研磨，會接觸到很多化學清洗劑，如果芯片清洗不夠干凈，會使有害化學物殘余。這些有害化學物會在LED通電時，與電極發(fā)生電化學反應，導致死燈、光衰、暗亮、發(fā)黑等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，鑒定芯片化學物殘留對LED封裝廠來說至關(guān)重要。

案例分析（一）：

某客戶紅光燈珠發(fā)現(xiàn)暗亮問題，但一直找不出原因，委托金鑒分析失效的原因。金鑒經(jīng)過一系列儀器分析排除封裝原因后，對供應商提供的裸晶進行檢測，發(fā)現(xiàn)每一個芯片的發(fā)光區(qū)域均有面積不等的污染物，能譜分析結(jié)果顯示該污染物包含C、O兩種元素，表明污染物為有機物。我們建議客戶注重對芯片廠商的生產(chǎn)工藝規(guī)范和車間環(huán)境的考核，并加強對芯片的來料檢驗。

案例分析（二）：

某客戶生產(chǎn)的一批燈珠出現(xiàn)漏電問題，委托金鑒查找原因。金鑒通過掃描電鏡鑒定這批燈珠漏電原因為靜電擊穿，并對供應商提供的裸晶進行檢測，發(fā)現(xiàn)芯片外延層表面有大量黑色空洞，這些缺陷表明外延層晶體質(zhì)量較差，PN結(jié)內(nèi)部存在缺陷。空洞的發(fā)現(xiàn)，幫助客戶明確責任事故的負責方，替客戶挽回損失。

注：LED芯片的制造工藝流程

LED芯片的制造工藝流程圖

外延片→清洗→鍍透明電極層→透明電極圖形光刻→腐蝕→去膠→平臺圖形光刻→干法刻蝕→去膠→退火→SiO2沉積→窗口圖形光刻→SiO2腐蝕→去膠→N極圖形光刻→預清洗→鍍膜→剝離→退火→P極圖形光刻→鍍膜→剝離→研磨→切割→芯片→成品測試。

在生長成外延片后，下一步就開始對LED外延片做電極（P極，N極），接著就開始用激光機或鉆石刀切割LED外延片，制造成芯片后，然后在晶圓上的不同位置抽取九個點做參數(shù)測試。這主要是對電壓、波長、亮度進行測試，符合正常出貨標準參數(shù)的晶圓片繼續(xù)下一步的操作，不符合要求的，就放在一邊另行處理。晶圓切割成芯片后，需要100%的目檢（VI/VC），操作者要在放大30倍數(shù)的顯微鏡下進行目測。接著使用全自動分類機根據(jù)不同的電壓、波長、亮度的預測參數(shù)對芯片進行全自動化挑選、測試和分類。 最后對LED芯片進行檢查（VC）和貼標簽。芯片類型、批號、數(shù)量和光電測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)記錄在標簽上，附在蠟光紙的背面。藍膜上的芯片將做最后的目檢測試，目檢標準與第一次相同，確保芯片排列整齊和質(zhì)量合格。這就是LED芯片的制造流程。

編輯：fqj