في تحليلات العمق من المصابيح من قبل مجموعة من الأشعة السينية التصوير المقطعي (CT) والمجهر الضوئي (LM) مربوط مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)
Summary
وأوجز سير العمل الشامل توصيف الجزئي من الأجهزة البصرية النشطة. أنه يحتوي على التحقيقات الهيكلية وكذلك الوظيفية عن طريق CT، LM ووزارة شؤون المرأة. وتتجلى طريقة لLED الأبيض الذي يمكن لا يزال يتم تشغيلها خلال التوصيف.
Abstract
In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.
Introduction
توضح هذه المقالة إمكانات ومزايا مزيج من الأشعة السينية التصوير المقطعي (CT) مع ضوء مترابط والمجهر الإلكتروني (كليم) لمثالا يحتذى به في عمق توصيف الثنائيات الباعثة للضوء (LED). مع هذه التقنية من الممكن التخطيط لإعداد الصغير من الصمام في مثل هذه الأزياء أنه في حين أن المقطع العرضي يمكن تصوير المجهري هو الحفاظ على وظائف الكهربائية في الجزء المتبقي من العينة. الإجراء ديه العديد من المزايا الفريدة: أولا، إعداد الصغيرة التي خططت لها المساعدات من حجم المقدمة من العينة كلها التي حصلت عليها CT. ثانيا، مراقبة الصمام بواسطة المجهر الضوئي (LM) مع مجموعة كاملة من تقنيات التصوير المتوفرة (مشرق والميدان الظلام، والاستقطاب النقيض من ذلك، وما إلى ذلك)؛ ثالثا، ومراقبة الصمام في العملية التي LM. رابعا، ومراقبة المناطق متطابقة مع مجموعة كاملة من تقنيات التصوير المجهر الإلكتروني متضمنه ه الثانويlectron (SE) والتصوير الخلفي مبعثر الإلكترون (BSE)، فضلا عن التشتت الطاقة التحليل الطيفي للأشعة السينية مضان (EDX).
تم تصميم المصابيح لتطبيقات الإضاءة لينبعث الضوء الأبيض، وعلى الرغم من أن في بعض التطبيقات التباين اللون قد تكون مواتية. هذه الانبعاثات واسع لا يمكن أن يتحقق عن طريق الانبعاث من أشباه الموصلات مركب واحد، منذ المصابيح تصدر إشعاعات في نطاق طيفي الضيقة (حوالي 30 نانومتر الكامل نصف عرض الحد الأقصى (FWHM)). ولذلك فإن الضوء الأبيض الصمام الناتجة عادة عن طريق الجمع LED زرقاء مع فوسفورات التي تحول الإشعاع الطول الموجي القصير في الانبعاثات واسع على نطاق واسع الطيف 1. لون متغير الصمام حلول عادة ما جعل استخدام ثلاثة على الأقل التمهيدية، مما يؤدي عادة إلى ارتفاع أسعار السوق 2.
وبطبيعة الحال وضع استخدام إما CT، LM أو SEM جيدا (على سبيل المثال، في تحليل الفشل لالمصابيح 3-15)، ولكنمجموعة شاملة وهادفة من جميع التقنيات الثلاثة المذكورة هنا قد تقدم رؤى جديدة، وسيمكن المسارات أسرع نحو تحقيق النتائج توصيف ذات مغزى.
من تحليل 3D المجهرية للجهاز في حزم CT في المناطق ذات الاهتمام (رويس) ويمكن تحديد واختيار. مع هذا الأسلوب غير مدمرة، يمكن أن التوصيلات الكهربائية أيضا أن تحدد وتعتبر لمزيد من التحضير. إعداد دقيق للشريحة 2D يسمح تحقيقات الجهاز في العملية على الرغم من الطبيعة المدمرة لهذه الطريقة. المقطع العرضي يمكن الآن تتميز كليم 16،17 والتي تمكن توصيف فعالة جدا ومرنة من رويس متطابقة مع LM فضلا عن وزارة شؤون المرأة. من خلال هذا النهج، ومزايا كل من تقنيات الفحص المجهري يمكن الجمع. على سبيل المثال، يتبع تحديد سريع لرويس في LM بواسطة التصوير ذات الدقة العالية في وزارة شؤون المرأة. ولكن علاوة على ذلك، فإن ارتباط المعلومات منوLM (على سبيل المثال، اللون، الخصائص البصرية، الجسيمات التوزيع) مع تقنيات التصوير وتحليل SEM (على سبيل المثال، حجم الجسيمات، مورفولوجيا السطح، توزيع عنصر) يسمح فهم أعمق لسلوك وظيفي والمجهرية داخل الصمام الأبيض.
Protocol
Representative Results
Discussion
تتكون مزايا هذا النهج المتعدد الوسائط في علاقة تعتمد على مكان وجود البيانات التي حصل عليها. وينبغي مقارنة النهج المتعدد الوسائط هو موضح هنا في التحليلات اللاحقة مع كل تقنية على حدة. على سبيل المثال، خصائص التلألؤ مرئية في LM يمكن ربط التراكيب كما الكشف عن استخدام SEM / ED…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يرجى يعترف بدعم مالي من "Akademische غزلشافت يبستادت" فضلا عن "Ministerium FÜR الابتكار، Wissenschaft اوند Forschung قصر اندز نوردراين فيستفالن". الصور في أرقام 1 و 2 و 5 مجاملة لماركوس هورستمان، جامعة هام-ليبستادت للعلوم التطبيقية.
Materials
| X-Ray Computer Tomograph | General Electric | not applicable | type: nanotom s research edition |
| acquisition software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| reconstruction software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| rendering software | Volume Graphics | not applicable | VGStudio Max 2.2 and corresponding manual |
| grinder (manual) | Struers | 5296327 | Labopol 21 |
| sample holder | Struers | 4886102 | UniForce |
| grinder (automated) | Struers | 6026127 | Tegramin 25 |
| epoxy resin/hardener | Struers | 40200030/40200031 | Epoxy fix resin / Epoxy fix hardener |
| Ethanol | Struers | 950301 | Kleenol |
| Light Microscope | Zeiss | not applicable | Axio Imager M2m |
| Electron Microscope | Zeiss | not applicable | Sigma |
| CLEM software | Zeiss | not applicable | Axio Vision SE64 Rel.4.9 and corresponding manual |
| CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9101-000 | Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| SEM Adapter for CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9151-000 | SEM Adapter for Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| sputter coater | Quorum | not applicable | Q150TES |
| EDS detector | Röntec | not applicable | X-Flash 1106 |
| solder | Stannol | 535251 | type: HS10 |
| LED | Lumileds | not applicable | LUXEON Rebel warm white, research sample |
References
- Mueller-Mach, R., Mueller, G. O., Krames, M. R., Trottier, T. High-power phosphor-converted light-emitting diodes based on III-Nitrides. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8 (2), 339-345 (2002).
- Branas, C., Azcondo, F. J., Alonso, J. M. Solid-State Lighting: A System Review. IEEE Ind. Electron. Mag. 7 (4), 6-14 (2013).
- Chang, M. -. H., Das, D., Varde, P. V., Pecht, M. Light emitting diodes reliability review. Microelectron. Reliab. 52 (5), 762-782 (2012).
- Ayodha, T., Han, H. S., Kim, J., Kim, S. Y. Effect of chip die bonding on thermal resistance of high power LEDs. Intersoc. Conf. Therm. Thermomechanical Phenom. Electron. Syst. ITHERM. , 957-961 (2012).
- Cason, M., Estrada, R. Application of X-ray MicroCT for non-destructive failure analysis and package construction characterization. Proc. Int. Symp. Phys. Fail. Anal. Integr. Circuits, IPFA. , (2011).
- Chen, R., Zhang, Q., Peng, T., Jiao, F., Liu, S. Failure analysis techniques for high power light emitting diodes. 2011 12th Int. Conf. Electron. Packag. Technol. High Density Packag. , 1-4 (2011).
- Chen, Z., Zhang, Q., et al. Study on the reliability of application-specific led package by thermal shock testing, failure analysis, and fluid-solid coupling thermo-mechanical simulation. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 2 (7), 1135-1142 (2012).
- Luniak, M., Holtge, H., Brodmann, R., Wolter, K. -. J. Optical Characterization of Electronic Packages with Confocal Microscopy. 2006 1st Electron. Syst. Technol. Conf. 2 (16), 1813-1815 (2006).
- Marks, M. R., Hassan, Z., Cheong, K. Y. Characterization Methods for Ultrathin Wafer and Die Quality: A Review. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (12), 2042-2057 (2014).
- Rosc, J., Hammer, H., et al. Reliability assessment of contact wires in LED-devices using in situ X-ray computed tomography and thermo-mechanical simulations. Proc. 5th Electron. Syst. Technol. Conf. , 1-6 (2014).
- Zhaohui, C., Qin, Z., Kai, W., Xiaobing, L., Sheng, L. Reliability test and failure analysis of high power LED packages. J. Semicond. 32 (1), 014007 (2011).
- Hamon, B., Bataillou, B., Hamon, B., Mendizabal, L., Gasse, A., Feuillet, G. N-contacts degradation analysis of white flip chip LEDs during reliability tests. 2014 IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. , FA.1.1-FA.1.6 (2014).
- Tsai, M. -. Y., Tang, C. -. Y., Yen, C. -. Y., Chang, L. -. B. Bump and Underfill Effects on Thermal Behaviors of Flip-Chip LED Packages: Measurement and Modeling. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 14 (1), 161-168 (2014).
- Wang, F. -. K., Lu, Y. -. C. Useful lifetime analysis for high-power white LEDs. Microelectron. Reliab. 54 (6-7), 1307-1315 (2014).
- Liu, Y., Zhao, J., Yuan, C. C. -. A., Zhang, G. Q., Sun, F. Chip-on-Flexible Packaging for High-Power Flip-Chip Light-Emitting Diode by AuSn and SAC Soldering. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (11), 1754-1759 (2014).
- Thomas, C., Edelmann, M., Lysenkov, D., Hafner, C., Bernthaler, T., Schneider, G. Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM) for Characterization of Lithium Ion Battery Materials. Microsc. Microanal. 16, 784-785 (2010).
- Thomas, C., Ogbazghi, T. Correlative Microscopy of Optical Materials. Imaging & Microscopy. 3, 32-34 (2014).
