LED鉴定、测试及失效分析

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广电计量 杜亚俊 先生

LED芯片来料检验

    芯片是LED最关键的原物料,其质量的好坏,直接决定了LED的性能。特别是用于汽车或固态照明设备的高端LED,绝对不容许出现缺陷,也就是说此类设备的可靠性必须非常高。然而,LED封装厂由于缺乏芯片来料检验的经验和设备,通常不对芯片进行来料检验,在购得不合格的芯片后,往往只能吃哑巴亏。广电计量在累积了大量LED失效分析案例的基础上,推出LED芯片来料检验的业务,通过运用高端分析仪器鉴定芯片的优劣情况。这一检测服务能够作为LED封装厂/芯片代理厂来料检验的补充,防止不良品芯片入库,避免因芯片质量问题造成灯珠的整体损失。
检测项目:
一、 芯片各项性能参数测试 
    Wd(主波长)、Iv(亮度)、Vf(顺向电压)、Ir(漏电)、ESD(抗静电能力)等芯片的光电性能测试,广电计量作为第三方检测机构能够鉴定供应商提供的产品数据是否达标。
二、 芯片缺陷查找
检测内容:
1. 芯片尺寸测量,芯片尺寸及电极大小是否符合要求,电极图案是否完整。
2. 芯片是否存在焊点污染、焊点破损、晶粒破损、晶粒切割大小不一、晶粒切割倾斜等缺陷。
    LED芯片的受损会直接导致LED失效,因此提高LED芯片的可靠性至关重要。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片,因此会产生夹痕。黄光作业若显影不完全及光罩有破洞会使发光区有残余多出的金属。晶粒在前段制程中,各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等,因此会有晶粒电极刮伤的情况发生。
    芯片电极对焊点的影响:芯片电极本身蒸镀不牢靠,导致焊线后电极脱落或损伤;芯片电极本身可焊性差,会导致焊球虚焊;芯片存储不当会导致电极表面氧化,表面玷污等等,键合表面的轻微污染都可能影响两者间的金属原子扩散,造成失效或虚焊。
3. 芯片外延区的缺陷查找
    LED外延片在高温长晶过程中,衬底、MOCVD反应腔内残留的沉积物、外围气体和Mo源都会引入杂质,这些杂质会渗入磊晶层,阻止氮化镓晶体成核,形成各种各样的外延缺陷,最终在外延层表面形成微小坑洞,这些也会严重影响外延片薄膜材料的晶体质量和性能。广电计量研发出快速鉴定芯片外延区缺陷的检测方法,能够低成本、快速地检测出芯片外延层80%的外延缺陷,帮助LED客户选择高质量的外延片、芯片。
4. 芯片工艺和清洁度观察
    电极加工是制作LED芯片的关键工序,包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨,会接触到很多化学清洗剂,如果芯片清洗不够干净,会使有害化学物残余。这些有害化学物会在LED通电时,与电极发生电化学反应,导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。因此,鉴定芯片化学物残留对LED封装厂来说至关重要。
LED芯片的制造工艺流程
注:LED芯片的制造工艺流程   
LED芯片的制造工艺流程图
    外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。
    在生长成外延片后,下一步就开始对LED外延片做电极(P极,N极),接着就开始用激光机或钻石刀切割LED外延片,制造成芯片后,然后在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试。这主要是对电压、波长、亮度进行测试,符合正常出货标准参数的晶圆片继续下一步的操作,不符合要求的,就放在一边另行处理。晶圆切割成芯片后,需要100%的目检(VI/VC),操作者要在放大30倍数的显微镜下进行目测。接着使用全自动分类机根据不同的电压、波长、亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。 最后对LED芯片进行检查(VC)和贴标签。芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在标签上,附在蜡光纸的背面。蓝膜上的芯片将做最后的目检测试,目检标准与第一次相同,确保芯片排列整齐和质量合格。这就是LED芯片的制造流程。 
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