LED芯片失效分析

unix16785 · 发表于 2021-12-28 16:13

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LED芯片作为LED光源最核心的部件，其质量决定着产品的性能及可靠性。芯片制造工艺多达数十道甚至上百道，结构复杂，尺寸微小（微米级），任何一道工艺或结构异常都会导致芯片失效。同时芯片较为脆弱，任何不当使用都可能会损伤芯片，使得芯片在使用过程中出现失效。芯片失效涉及的分析非常复杂、需要的技术方法较多。

金鉴实验室拥有一支经验丰富的LED失效分析技术团队，针对LED芯片失效分析，金鉴实验室首先会明确分析对象的背景，确认失效现象，接着制定LED失效分析方案，研究LED失效原因与机理，最后提出后续预防与改进措施。

金鉴实验室综合数千个失效分析案例，将LED芯片失效原因归纳为以下几类：

1.封装工艺影响
LED封装主要用于保护LED芯片，封装的质量直接影响着芯片的使用。针对封装工艺异常引起的芯片失效，金鉴实验室会对固晶工艺、引线键合工艺、灯珠气密性等进行全面评估，从宏观和微观分析出失效原因及失效机理，并为客户提出改善方向。

2.过电应力
LED芯片对电较为敏感，超电流使用、静电、雷击、电网波动、led电源不良等都会产生过电应力损伤芯片，导致芯片出现失效现象。针对过电应力引起的芯片失效，金鉴实验室会找到过电应力来源，并进行失效现象重现，同时会为客户提出改进方向。

3.外环境影响
LED芯片较为脆弱，环境中的水汽、腐蚀性气体会使芯片出现漏电、电极腐蚀等问题，芯片出现失效现象。LED芯片必须经过封装后才能使用，当处于异常恶劣的外环境中时，一般的封装体也无法对芯片形成有效的保护。金鉴实验室的芯片失效分析会充分评估光源的使用环境，针对外环境引起的芯片失效，金鉴会模拟外环境进行失效现象重现，同时会为客户提出改善方向。金鉴实验室后续还能为客户提供相关的可靠性测试，帮助客户提高产品质量以及制定产品的市场定位。

4.LED灯具散热不良
LED芯片对温度非常敏感，甚至有观点表示“温度升高10℃，LED芯片寿命缩短一半”。LED灯具散热不良，LED芯片作为热源，其温度将会急剧增大，寿命大大缩短，甚至会出现芯片过热烧毁。针对散热不良导致的芯片失效（可见LED芯片红外热像热分布案例），金鉴实验室会从灯珠、灯板、外壳等各方面对LED光源散热系统进行全面评估，找到散热不良的原因，并为客户提出改善方向。

5.芯片工艺异常
芯片结构非常复杂，其制造工艺步骤多达数十道甚至上百道，工艺参数的不稳定会造成工艺异常（如钝化层刻蚀不净或过刻、铝层包覆不良、光刻胶清洗不净等），可能会影响芯片可靠性，在后续使用中芯片出现失效。金鉴实验室有着丰富的芯片失效分析经验，总结有不同的工艺异常所表现出的失效现象。金鉴工程师依据失效现象，通过SEM、FIB、氩离子抛光等微观分析手段，对芯片微观结构进行分析，寻找失效原因及工艺异常点，并依据经验对造成工艺异常的可能原因进行推测，帮助客户进行工艺优化。

6.芯片结构设计不合理
芯片结构设计不合理，将会出现电流密度分布不均，光转化效率低，整体发热量大，局部电流拥挤等现象。芯片正常使用时，电流拥挤区域发热严重，温度较高，芯片老化迅速，寿命大大降低；当存在EOS冲击时，电流拥挤区域的电流密度将会急剧增大，最先出现击穿失效现象。金鉴实验室自主研发了显微光分布测试系统和显微红外热分布测试系统，可清晰观察芯片的光热分布，判断芯片是否存在电流拥挤、局部过热现象。金鉴实验室还能为客户提供芯片设计优化方案，帮助提高芯片性能。

7.芯片外延质量问题
LED芯片工作的核心是外延层，LED芯片外延层质量的好坏关系着芯片的寿命、抗静电能力及抗过电应力能力等。针对芯片失效分析，金鉴工程师会对LED芯片外延分析，进行耐压测试、抗静电能力测试、芯片外观形貌观察（是否存在外延层孔洞）等，综合判断芯片外延层质量。

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