led内部结构分析,x射线透视检查,sem/eds检查,led发光温度分析,led光衰,材料热膨胀系数-j9九游会登录入口

2014-10-20  浏览量:2056

摘要:

本文通过x射线透视检查、led内部结构分析、sem/eds检查及led发光温度分析,认为造成led光衰的原因为:封装材料热膨胀系数不一样,led所使用荧光粉散热性能不好,产生大量热量聚集于led内部,导致内部温度过高,使led内部不同层间出现断裂或裂纹,与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能,导致k离子迁移,荧光层发光效率随着k离子的不断迁移而降低,黄光强度不断降低,因此失效样品首先出现光衰现象,然后出现蓝光现象。

 

1. 案例背景

该产品使用领域为医疗方面,牙医使用此led作为光源,白光led在使用一段时间后,出现光衰及蓝光现象,委托方要求分析led光衰的失效机理,并给出改进建议。

 

2. 分析方法简述

外观检查中可以比较明显看出ok样比ng样荧光层颜色鲜艳。

 

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ok样品 

ng样品

 

通过x射线透视检查,ok样和ng样内部线路均未发现开路问题。

 

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ngx射线透视  

okx射线透视

    将okng切片,然后在金相显微镜下放大观察荧光层与芯片层发现ng样有断层产生,而ok样没有。

 

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通过sem/eds分析,ok样荧光粉层中未检测到镓(ga)元素,检测到有钾(k)元素,而ng样荧光粉层检测到ga元素,未检测到k元素。

 

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荧光层形貌图

eds能谱图

荧光粉层形貌图和eds能谱图

 

3. 分析与讨论

外观检查中可以比较明显看出ok样比ng样荧光层颜色鲜艳;led光谱图14可以看出ok样和ng样在蓝光区发光强度基本一致,表明芯片基本没有受损,而荧光粉发光区域出现明显差异,ng样蓝光相对强度为32%,明显低于ok70%

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ok样和ng样光谱图

 

ok样和ng样荧光粉层成分差异,基本可以判定失效现象是由于荧光粉在工作过程发生变性而产生;其失效机理如下:

元素分析中我们可以看到有lu元素和k元素的存在,荧光粉效率随着加入钾离子浓度的提高而增加,其发光强度逐渐增强,当钾离子增加到一定值后,其发光强度逐渐降低,lu离子起到将蓝光转换为黄光作用,然后蓝光和所激发黄光混合发出白光。

由温度测试我们发现发白光的光衰ng样品所能达到的温度高于发蓝光ng样,表明荧光粉情况良好反而导致散热性能相对不好,内部温度短时间内能达到较高温度。该产品使用领域为医疗方面,牙医使用此led作为光源,诊断完一位病人需要一定时间,诊断完后会将关掉,待下一位病人过来有需要打开,诊断一定时间后又关掉,如此循环往复,造成led灯每回工作达到一个较高温度后又降至常温,然后又升到较高温后降温,循环往复造成封装材料热胀冷缩,而由于不同封装材料热膨胀系数不一样,从而导致材料之间在高温与低温不断变化过程中产生断层或裂纹。正常样和失效样均发现有断层现象,可能是由于正常样已经处于失效萌生状态。

 

发生断层后荧光粉层与发光极接触产生电迁移,ng样电极上ga离子被迁移进荧光粉层,而荧光粉层中本应有的k离子被迁移到别处。随着k离子被迁移出荧光层,导致荧光粉发光效率不断降低,最终导致芯片所发蓝光和荧光粉层所激发黄光不匹配,从而导致正常led灯首先经历光衰,随着黄光强度不断降低,最终发出蓝光。

 

4. 结论

失效led产生光衰及蓝光现象的可能原因:封装材料热膨胀系数不一样,led所使用荧光粉散热性能不好,产生大量热量聚集于led内部,导致内部温度过高,使led内部不同层间出现断裂或裂纹,与此同时工作电压的存在使电迁移的发生产生了可能,导致k离子迁移,荧光层发光效率随着k离子的不断迁移而降低,黄光强度不断降低,因此失效样品首先出现光衰现象,然后出现蓝光现象。

建议:1)优化系统的散热性能参数。

      2改善目前led材料之间的热膨胀系数匹配性较差的问题。

 

5. 参考标准

gjb 548b-2005 微电子器件失效分析程序-方法5003

ipc-tm-650 2.1.1-2004手动微切片法

gb/t 17359-2012 电子探针和扫描电镜x射线能谱定量分析通则

 

作者简介: 

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