(SEM) X-ışını Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve Taramalı Elektron Mikroskobu ile İlişkili Işık Mikroskopi (LM) bir kombinasyonu ile LED'lerin Derinliği Analizlerinde
Summary
Aktif optik cihazların kapsamlı mikro-karakterizasyonu için bir iş akışı özetlenmiştir. Bu BT, LM ve SEM vasıtasıyla yapısal hem de fonksiyonel soruşturmaları içerir. yöntemi hala karakterizasyonu sırasında çalıştırılabilir olabilir beyaz LED için gösterilmiştir.
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
Bu makale bağıntılı ışık ve ışık yayan diyotlar (LED) derinliği karakterizasyonu de örnek için elektron mikroskobu (CLEM) ile X-ışını bilgisayarlı tomografi (BT) bir kombinasyonu potansiyeli ve avantajları göstermektedir. Bu teknik ile bir kesiti, mikroskopik görüntülenebilir ise elektriksel özelliklerin, numunenin geri kalan korunmuş olduğu bir şekilde LED mikro hazırlanmasını planlamak mümkündür. prosedürü birkaç benzersiz özelliklere sahiptir: BT ile elde edilen tüm örneklemin render hacim yardımıyla öncelikle planlı mikro hazırlık; ikincisi, mevcut görüntüleme tekniklerinin (parlak ve karanlık alan, polarizasyon kontrast, vs.) tam çeşitli ışık mikroskobu (LM) tarafından LED gözlem; üçüncüsü, LM tarafından operasyonda LED gözlem; dördüncüsü, elektron mikroskopi görüntüleme tekniklerinin tam çeşitli özdeş bölgelerin gözlem ikincil e içerenlectron (SE) ve arka saçılma elektron (BSE) görüntüleme, yanı sıra enerji dağılımlı X-ışını floresans spektroskopisi (EDX).
aydınlatma uygulamaları için LED'ler belirli uygulamalarda renkli değişkenliği uygun olabilir, ancak, beyaz ışık yaymak için tasarlanmıştır. LED'ler dar spektral bant (30 nm tam genişlikte yarı maksimum yaklaşık (FWHM)) ışın yayan çünkü bu geniş emisyon, bir bileşik yarı iletken emisyonu ile elde edilemez. Bu nedenle beyaz LED ışık yaygın bir mavi büyük bir spektral aralıkta üzerinde 1 geniş emisyonu içine kısa dalga boylu radyasyon dönüştürmek fosfor LED kombinasyonu ile oluşturulur. Çözümler genellikle genellikle daha yüksek piyasa fiyatları ile sonuçlanır en az üç Primer, faydalanmak LED rengi değişken. 2
Ancak, – CT, LM veya SEM birinin kullanılması elbette iyi (15 örneğin, LED'ler 3 başarısızlık analizi) kurulduBurada anlatılan her üç teknikleri kapsamlı ve maksatlı bir kombinasyon yeni anlayışlar sunabilir ve anlamlı karakterizasyon sonuçları doğru hızlı parça sağlayacaktır.
Söz konusu bölgeler (ROI) tanımlanır ve seçilebilir CT içinde paketlenmiş cihazın 3D mikro analizinden. Bu tahribatsız yöntemle, elektrik bağlantıları da tespit edilebilir ve daha fazla hazırlanması için düşündü. 2B kesitli kesin hazırlanması, bu yöntemin yıkıcı doğasına rağmen operasyonda cihazın soruşturma izin verir. Kesiti hemen LM ve SEM özdeş İB'nin çok etkin ve esnek bir karakterizasyonu sağlar Clem 16,17 ile karakterize edilebilir. Bu yaklaşımla, her iki mikroskopi teknikleri avantajları birleştirilebilir. Örneğin, LM içinde ROI hızlı bir kimlik SEM yüksek çözünürlüklü görüntüleme ile takip edilir. Fakat bundan başka, bilgilerin korelasyonSEM görselleştirme ve analiz teknikleri ile LM (örneğin, renk, optik özellikleri, parçacık dağılımı) (örneğin, parçacık büyüklüğü, yüzey morfolojisi, eleman dağılımı) beyaz LED içinde fonksiyonel davranış ve mikro daha derin bir anlayış sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu modlu yaklaşımın avantajları elde edilen verilerin yeri bağımlı korelasyon oluşmaktadır. Burada anlatılan multimodal yaklaşım ayrı ayrı tekniği ile daha sonraki analizlerde tezat edilmelidir. SEM / EDS kullanılarak tespit Örneğin, LM görünür lüminesans özellikleri bileşimler ile bağlantılı olabilir. CT ile elde edilen ses bilgileri derinliği hedeflenen bir şekilde hazırlanmış, kesitlerinin analizlerinde ile uzatılabilir. BT verileri de daha sonraki mikroskobik incelemelerinde ilgi ola…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarların "Akademische Gesellschaft Lippstadt" yanı sıra "Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen" mali destek kabul. Şekil 1, 2 ve Markus Horstmann 5 nezaket, Uygulamalı Bilimler Hamm-Lippstadt University Fotoğrafları.
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).
