GaN 基白光二极管漏电失效分析 发布时间：2024-10-24
发光二极管（LED）
随着科技的不断进步，发光二极管（LED）以其卓越的性能成为了照明领域的新宠。LED以其超长的使用寿命、低电压驱动、快速的响应时间、宽广的光谱范围以及对环境友好的特点，已经在照明、显示和可见光通信等多个领域展现出了其广泛的应用潜力。尽管LED的理论寿命非常长，可以达到十万小时以上，但实际应用中，LED的提前失效现象仍然时有发生，这限制了其更广泛的应用。因此，提高LED的可靠性对于推动其在各个领域的应用具有重要的意义。金鉴实验室是一家专注于LED产业的第三方检测机构，致力于改善LED品质，服务LED产业链中各个环节，使LED产业健康发展。
实验样品结构图
LED失效分析的漏电问题
在LED的可靠性研究中，失效分析是关键的一环。漏电是LED失效的常见原因之一，它会导致LED的亮度下降，甚至出现闪烁，严重时还会导致LED彻底失效。在LED阵列中，单个LED的漏电问题还可能影响到整个阵列的性能，因此，对LED漏电原因的分析具有重要的参考价值。
失效样品热点检测微光显微镜图
失效GaN基LED的实验研究
为了深入理解LED的漏电现象，研究人员对失效的GaN基LED进行了一系列的分析。通过使用数字源表、显微光分布系统和热点检测微光显微镜等高级设备，研究人员不仅确定了失效的原因，还精确地定位了漏电的位置。金鉴实验室具备Dual Beam FIB-SEM业务，包括透射电镜( TEM)样品制备，材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析等。
通过扫描电镜（SEM）对焊点和引线进行了观察，利用抗静电测试仪分析了样品的抗静电能力，并通过聚焦离子束切割（FIB）和氩离子截面制样技术，揭示了电极空洞和外延层破裂等微观缺陷。
检测流程
LED样品的选取与检测
在对LED样品进行检测时，金鉴实验室的SEM测试服务能够提供详细的微观形貌分析，帮助研究人员精确地识别漏电点。我们的服务不仅提高了检测的准确性，还缩短了故障分析的时间。在实验中，研究人员选取了某公司生产的2835型白光GaN基LED贴片作为研究对象。这些样品在实际使用中出现了亮度降低、闪烁甚至死灯的现象。实验的第一步是对样品进行非破坏性检验，包括电性检测和化学开封，以确定漏电的具体位置。接着，利用显微光分布测试系统和热点检测微光显微镜对样品进行了漏电点的精确定位。
显微光分布图。( a) 失效样品; ( b) 正常样品。
漏电原因分析
电性检测的结果表明，在正向电压下，LED瞬间亮起后熄灭，而在反向5V电压下，存在明显的漏电现象。通过对比正常样品和失效样品的I-V曲线，研究人员发现失效样品的漏电流远大于正常水平。深入分析表明，漏电可能与生产工艺缺陷、静电击穿、芯片本身的缺陷等因素有关。
漏电样品焊点扫描电子显微镜图
静电击穿处 SEM 图
在这个过程中，金鉴实验室可以利用其先进的扫描电子显微镜（SEM）测试服务对芯片结构进行进一步的观察和分析，验证解决方案的可行性。通过对引线焊点、抗静电能力和芯片内部形貌的细致分析，研究人员排除了引线和焊点的问题，并确认了样品具有良好的抗静电能力。然而，芯片内部的空洞和裂缝的存在表明，这些内部缺陷可能是导致漏电的根源。这些缺陷可能是由于热膨胀系数不匹配，在封装和焊线压力中导致外延层受损。
失效机制与解决办法
结合实验结果，研究人员推测芯片电极层的空洞缺陷在封装和焊线压力中导致外延层受损。为了解决这一问题，提出了优化芯片结构的建议，例如采用垂直结构的芯片，或者使用透明导电的纳米银线代替ITO作为电流扩散层，以降低芯片失效的概率。
结论
实验分析的结果揭示了漏电芯片的漏电位置主要集中在P极，而引线焊点形貌正常，抗静电能力良好。芯片外延层的空洞和在应力作用下进一步开裂是导致产品漏电的主要原因。金鉴实验室的SEM测试是LED失效分析的重要工具。我们的服务不仅提供了高分辨率的图像，还为LED的可靠性研究提供了深入的洞察。
LED漏电是一个复杂的问题，需要从多方面进行综合考虑和改进，以提升LED的整体稳定性和可靠性。通过这些研究，我们可以更好地理解LED的失效机制，并采取相应的措施来提高其性能和寿命。
