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LED無非處理兩個問題——光和熱，因此熟悉LED產(chǎn)品的光熱分布情況對分析其質(zhì)量性能至關(guān)重要！但由于國內(nèi)缺少相關(guān)的檢測設(shè)備及表征方法的研究，使得人們在LED光熱分布方面了解太少，現(xiàn)在光熱分布不均已是影響國內(nèi)光電產(chǎn)品可靠性的一大要素。光熱分布檢測除了用于表征器材的光熱分布性能，也是失效分析中不可或缺的測試手段，通常應(yīng)用于LED芯片、燈珠、燈具、電源以及功率器材等各個領(lǐng)域。金鑒實驗室根據(jù)行業(yè)檢測需求，自主研發(fā)了金鑒顯微光熱分布測試系統(tǒng)，全面應(yīng)用于LED失效分析，且逐步向半導(dǎo)體功率器材領(lǐng)域擴展。
LED失效分析測試案例
案例一：不同環(huán)境溫度下熱分布測試
金鑒顯微熱分布測試系統(tǒng)配備高精度控溫體系，可實現(xiàn)器件在不同溫度下的熱分布測試。本案例模擬燈具芯片在不同環(huán)境溫度下的結(jié)溫及熱分布狀態(tài)，測試結(jié)果表明，控制環(huán)境溫度達到80℃時，芯片結(jié)溫122℃，繼續(xù)升高環(huán)境溫度可能導(dǎo)致芯片發(fā)光效率低下甚至芯片受損。
案例二：不同廠家芯片光熱分布差異
看以下案例中A款芯片的光熱發(fā)布均勻度，強烈建議LED芯片規(guī)格書里添加不同使用溫度下的光熱分布數(shù)據(jù)！做好光熱分布來料檢驗，可以使LED質(zhì)量更可靠。
案例三：多芯片封裝，電流密度均勻性需把控
某款燈珠采用兩顆芯片并聯(lián)的方式封裝，金鑒顯微光分布測試系統(tǒng)測得B芯片發(fā)光強度較A芯片的大，顯微熱分布測試系統(tǒng)測得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因，LED芯片較小的電壓波動都會產(chǎn)生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯(lián)方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現(xiàn)一個燈珠內(nèi)兩顆芯片亮度不一的現(xiàn)象，影響燈珠性能。
案例四：倒裝芯片光熱分布分析
LED失效分析案例中，CSP燈珠出現(xiàn)膠裂異常，金鑒顯微熱分布測試分析顯示，芯片負極焊盤區(qū)域溫度比正極焊盤區(qū)域溫度高約15℃。因此，推斷該芯片電流密度均勻性較差，導(dǎo)致正負極焊盤位置光熱分布差異較大，局部熱膨脹差異過大從而引起芯片上方封裝膠開裂異常。
案例五：LED燈珠熱分布分析
某客戶的聲控燈具在使用一定時間后出現(xiàn)膠體開裂和斷線死燈失效，對該款燈珠進行熱分布測試發(fā)現(xiàn)，以燈珠河道為界線，燈珠正負極焊盤存在較大溫差，負極焊盤溫度明顯高于正極焊盤溫度，造成PCB基板和燈珠以河道為界線出現(xiàn)熱膨脹不一致，燈珠河道區(qū)域應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致河道區(qū)域的封裝膠出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。同時燈具PCB基板導(dǎo)熱性較差，導(dǎo)致燈珠熱量囤積，燈珠結(jié)溫偏高（125.5℃），處于熱影響區(qū)的鍵合線在長期頻繁開關(guān)引起的應(yīng)力應(yīng)變作用下出現(xiàn)疲勞開裂直至燒毀開路。此案例中，溫度和熱分布測試結(jié)果能直觀的反應(yīng)燈珠失效點。
案例六：LED燈具熱分布測試
日常使用的燈具過熱容易引起電子器件故障，縮短產(chǎn)品使用壽命，嚴重甚至造成安全隱患，檢測LED燈具發(fā)熱均勻情況能幫助設(shè)計產(chǎn)品，合理布置發(fā)熱部件，有效防止過熱。
LED燈具熱分布
案例七：定位電源失效區(qū)域
電源失效案例中，金鑒使用紅外熱分布測試系統(tǒng)對電源進行測試，發(fā)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)中的R5電阻在使用時發(fā)熱嚴重，溫度高達90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時最合適的工作溫度在70℃以下，而該電源中R5碳膜電阻在90℃溫度下滿載工作，長期使用過程中導(dǎo)致R5電阻失效。
電源熱分布圖及熱點定位
案例八：芯片電極設(shè)計對光分布的影響
對某LED芯片電極圖案進行評估，如下圖所示，芯片的發(fā)光不均勻，區(qū)域1的亮度明顯過高；相反地，區(qū)域2的LED量子阱卻未被充分激活，降低了芯片的發(fā)光效率。對此，金鑒建議，可以適當增加區(qū)域1及其對稱位置的電極間距離或減小電極厚度來降低區(qū)域1亮度，也可以減少區(qū)域2金手指間距離或增加正中間正極金手指的厚度來增加區(qū)域2亮度，以達到使芯片整體發(fā)光更加均勻的目的。
LED芯片發(fā)光效果圖
案例九：芯片金道設(shè)計對光分布的影響
下圖中芯片左邊為兩個負電極，右邊為兩個正電極，其中，區(qū)域1、2亮度較低，電流擴展性不夠，需提高其電流密度，建議延長最近的正電極金手指以提升發(fā)光均勻度。區(qū)域3金手指位置的亮度稍微超出平均亮度，可減少金手指厚度來改善電流密度，或者改善金手指的MESA邊緣聚積現(xiàn)象，另外，也可以增加區(qū)域3外的金手指厚度，使區(qū)域3外金手指附近的電流密度增加，提升區(qū)域3外各金手指的電流密度，以上建議可作為發(fā)光均勻度方面的改善，以達到使芯片整體發(fā)光更加均勻的目的。在達到或超過了芯片整體發(fā)光均勻度要求的前提下，可考慮減小金手指厚度來減少非金屬電極的遮光面積，以提升亮度。甚至，可以為了更高的光效犧牲一定的金手指長度和寬度。
LED芯片發(fā)光效果圖
案例十：光分布3D模塊測試評估芯片光提取效率
金鑒顯微光分布3D測試模塊可以觀察芯片各區(qū)域的出光強度，填補芯片的光提取效率測試空白。下圖垂直結(jié)構(gòu)芯片采用了多刀隱切工藝，芯片側(cè)面非常粗糙，粗糙界面可以反射芯片側(cè)面出射的光，提高芯片的光提取效率。從該芯片的3D光分布圖中可以直觀的看到，該芯片邊緣出光較多，說明多刀隱切工藝對芯片出光效率的提升顯著。
案例十一：顯微光分布測試幫助定位最高效率的電流電壓
金鑒顯微光熱分布系統(tǒng)，可幫助客戶避免過度超電流，準確定位最高效率下的電流電壓！如下案例中，芯片額定電流為60mA，超額定電流90mA下點亮時，芯片溫度大大提高，亮度反而出現(xiàn)衰減。過度的超電流，LED芯片產(chǎn)熱嚴重，光產(chǎn)出并不會增加，甚至出現(xiàn)光衰。
案例十二：顯微光分布測試系統(tǒng)應(yīng)用于LED芯片失效分析
失效的LED芯片必然在光熱分布上漏出蛛絲馬跡！某燈珠廠家把芯片封裝成燈珠后，老化出現(xiàn)電壓升高的現(xiàn)象。金鑒通過顯微光分布測試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)芯片主要在正極附近區(qū)域發(fā)光。因此，定位芯片正極做氬離子截面拋光，發(fā)現(xiàn)正極底部SiO2層邊緣傾角過大，ITO層在臺階位置出現(xiàn)斷裂、虛接現(xiàn)象，ITO層電阻過大，電流擴散受阻，出現(xiàn)電壓升高異?，F(xiàn)象。
案例十三：倒裝芯片光熱分布分析
失效分析案例中，CSP燈珠出現(xiàn)膠裂異常，使用熱分布測試系統(tǒng)對芯片進行測試，由于紅外測溫是通過物體表面的紅外熱輻射測量溫度，對于倒裝芯片表面的藍寶石也不能穿透，故無法對芯片內(nèi)部電極等結(jié)構(gòu)進行進一步的分析。此時，使用金鑒顯微光分布測試系統(tǒng)可以清晰地觀察到芯片電極圖案，從光分布圖可以看出，芯片負電極位置發(fā)光較強，因此推斷負電極位置電流密度較大，導(dǎo)致此處發(fā)熱量也較大，從而局部熱膨脹差異過大引起芯片上方封裝膠開裂異常。
案例十四：多芯片封裝的光分布監(jiān)測
金鑒顯微光分布系統(tǒng)，能高效精準分析燈珠內(nèi)各芯片電流密度，是品質(zhì)把控的好幫手！例如某燈珠采用兩顆芯片并聯(lián)的方式封裝，該燈珠點亮時，金鑒顯微光分布測試系統(tǒng)測得B芯片發(fā)光強度較A芯片的大，顯微熱分布測試系統(tǒng)測得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因，LED芯片較小的電壓波動都會產(chǎn)生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯(lián)方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現(xiàn)一個燈珠內(nèi)兩顆芯片亮度不一的現(xiàn)象，影響燈珠性能。
案例十五：COB光源發(fā)光均勻度測試
對于LED光源，特別是白光光源，由于電極設(shè)計、芯片結(jié)構(gòu)以及熒光粉涂敷方式等影響，其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖所示，COB右半邊燈珠亮度明顯比左半邊低，由標尺計算出，右半邊亮度為左半邊的三分之二，導(dǎo)致這一失效原因也許是COB的PCB板材左右邊銅箔電阻不一致，導(dǎo)致燈珠左右兩邊的芯片所加載的電壓不一致，造成兩邊芯片的發(fā)光強度出現(xiàn)差異。
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