失效分析

1. 案例背景

LED加電不亮，手輕壓可正常發(fā)光。

2. 分析方法簡(jiǎn)述

    1）X射線***可明顯發(fā)現(xiàn)NG樣品上的兩根連接在LED內(nèi)部大晶片上的綁定線在綁定點(diǎn)端頭部分有明顯斷裂，內(nèi)部連接負(fù)極的一端綁定良好。OK樣品則未見任何異常。

    2）用化學(xué)方法腐蝕掉LED燈表面封裝膠體，電子顯微鏡觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可明顯看到芯片內(nèi)部連接正極的兩條金線在端頭部分存在明顯的機(jī)械應(yīng)力斷裂，斷口有頸縮及金屬機(jī)械拉尖現(xiàn)象。斷裂位置均在綁定頸部位置，綁定點(diǎn)位置綁定良好。剖面觀察未見LED半球形的封膠體有明顯的裂紋或氣孔等封裝缺陷。

    3）從LED開封后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，該樣品不同于常見LED的封裝，晶片上的正極綁定點(diǎn)為帶尾翼的第二綁定點(diǎn)（一般第二綁定點(diǎn)是晶片封裝中強(qiáng)度薄弱的點(diǎn)，易發(fā)生斷裂等異常），而框架負(fù)極上的綁定點(diǎn)反而為球型的第一綁定點(diǎn)。發(fā)生機(jī)械斷裂的正是帶尾翼的第二綁定點(diǎn)位置，該位置立體空間上高于負(fù)極的第一綁定點(diǎn)，更易受到外部機(jī)械應(yīng)力的影響。

3. 失效模式分析

    LED失效模式主要有：晶片失效、封裝失效、熱應(yīng)力失效、機(jī)械應(yīng)力失效、電過應(yīng)力失效及鍵合失效。該NG樣品均為機(jī)械應(yīng)力致失效。

    1）晶片失效：晶片失效是指晶片本身失效或其它原因造成晶片失效。造成這種失效的原因往往有很多種：晶片裂紋是由于鍵合工藝條件不合適，造成較大的應(yīng)力，隨著熱量積累所產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力也隨之加強(qiáng)，導(dǎo)致晶片產(chǎn)生微裂紋，工作時(shí)注入的電流會(huì)進(jìn)一步加劇微裂紋使之不斷擴(kuò)大，直至完全失效。其次，如果芯片有源區(qū)本來就有損傷，那么會(huì)導(dǎo)致在加電過程中逐漸退化直至失效，同樣也會(huì)造成燈具在使用過程中光衰嚴(yán)重直至不亮。再者，若晶片粘結(jié)工藝不良，在使用過程中會(huì)導(dǎo)致晶片粘結(jié)層完全脫離粘結(jié)面而使得樣品發(fā)生開路失效，同樣也會(huì)造成LED在使用過程中發(fā)生“死燈”現(xiàn)象。導(dǎo)致晶片粘結(jié)工藝不良的原因，可能是由于使用的銀漿（絕緣膠）過期或者暴露時(shí)間過長(zhǎng)、銀漿（絕緣膠）使用量過少、固化時(shí)間過長(zhǎng)、固晶基面被污染等。

    2）封裝失效：封裝失效是指封裝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)工藝不當(dāng)導(dǎo)致器件失效。封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，在使用過程中會(huì)發(fā)生劣化問題，致使LED的壽命降低。這種劣化問題包括：光透過率、折射率、膨脹系數(shù)、硬度、透水性、透氣性、填料性能等，其中尤以光透過率最為重要。對(duì)于封裝而言，還有一個(gè)影響LED壽命的重要因素就是腐蝕。在LED使用中，一般引起腐蝕的主要原因是水汽滲入了封裝材料內(nèi)部，導(dǎo)致引線變質(zhì)、PCB銅線銹蝕；有時(shí)，隨水汽引入的可動(dòng)導(dǎo)電離子會(huì)駐留在芯片表面，從而造成漏電。此外，封裝質(zhì)量不好的器件，在其封裝體內(nèi)部會(huì)有大量的殘留氣泡，這些殘留的氣泡同樣也會(huì)造成器件的腐蝕。

    3）熱過應(yīng)力失效：高功率LED結(jié)溫升高會(huì)使得環(huán)氧樹脂材料發(fā)生異變，從而增加了系統(tǒng)的熱阻，使得晶片與封裝之間的受熱表面發(fā)生退化，最終導(dǎo)致封裝失效。

    4）電過應(yīng)力：LED若受到過電流(EOS)或者靜電沖擊(ESD)，都會(huì)造成晶片開路，形成電過應(yīng)力失效。例如，GaN是寬禁帶材料，電阻率較高。如果使用該類晶片，在生產(chǎn)過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失，當(dāng)其累積到相當(dāng)?shù)某潭葧r(shí)，可以產(chǎn)生很高的靜電電壓，這一電壓一旦超過材料的承受能力，就會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電，使得器件失效。

    5）鍵合失效：LED制造過程中鍵合條件不當(dāng)，若鍵合力過大將會(huì)壓傷晶片，反之則會(huì)造成器件的鍵合強(qiáng)度不足，使得器件容易脫松，或完全未形成良好的鍵合界面。

    6）機(jī)械應(yīng)力失效：LED在SMT工藝流轉(zhuǎn)、測(cè)試或運(yùn)輸中，外部的夾具、模具或其它硬質(zhì)的材料撞擊LED燈封裝體，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)瞬間移位拉斷內(nèi)部綁定線。這類失效發(fā)現(xiàn)在較軟封裝體的幾率較大。

4. 結(jié)論

    導(dǎo)致失效樣品LED加電不亮，手輕壓可正常發(fā)光（開路）的原因：NG樣品受到外部機(jī)械應(yīng)力影響內(nèi)部晶片上的第二綁定點(diǎn)發(fā)生機(jī)械應(yīng)力斷裂。