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LED光衰失效分析
2017-05-06 09:26:28
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。
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。
NG样X射线透视
OK样X射线透视
将OK和NG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。
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。
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OK样70%；
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
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X-ray检测技术在汽车材料中的应用
2017-05-06 09:25:17
当今社会，汽车已成为现代人们生活不可或缺的工具。汽车在为人类社会造福的同时，也带来了大气污染、噪声和交通安全等一系列的严重问题。汽车本身是一个复杂的系统，随着行驶里程和使用时间的增加，其技术状况逐渐变差，出现动力性下降，经济性变差，排放污染物增加，使用的可靠性降低等现象。因此，一方面要不断研制性能优良的汽车，另一方面要对汽车进行维护修理，恢复其技术状况。汽车的性能检测就是在汽车使用、维护和修理过程中对汽车的技术状况进行测试、检测和故障诊断的一门技术。
作为整车生产的基础，汽车材料及零部件的质量是整车生产成功与否的先决条件。随着各种新车型日益完善的功能和人们对乘车感受及安全的不断追求，要求汽车生产企业必须在源头上对材料质量和安全性作出监控。
X-Ray是对汽车材料及零部件等内部的裂纹、异物的缺陷检测，BGA、线路板等内部位移的分析；判别空焊，虚焊等BGA焊接缺陷，微电子系统和胶封元件，电缆，装具，塑料件内部情况分析。
它的原理是是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式检测的位置，利用纪录X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像即可显示出待测物之内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。
测试步骤：
确认样品类型/材料→样品放入X-Ray设备检测→图片判断分析→标注缺陷类型和位置。
依据标准：
IPC-A-610 ,GJB 548B
典型图片：
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混装BGA焊点开裂不良失效分析
2017-05-06 09:22:23
针对某混装工艺的PCBA上BGA器件发生功能不良，本案例通过CT扫描、切片分析初步确定造成器件功能不良的原因主要为BGA焊点开裂。
1. 案例背景
送检样品为某款PCBA板，上面BGA封装的CPU发生功能失效，初步怀疑为焊接问题导致。该BGA焊点使用锡膏为有铅锡膏，BGA值球为无铅，PCB焊盘为ENIG工艺。
2. 分析方法简述
通过对器件焊点进行切片分析，如图2所示，BGA焊点在焊盘端和器件端均存在开裂现象，但大部分焊点开裂主要发生在器件端界面。
3. 结果与讨论
由上述测试分析可知，导致失效样品失效的直接原因为CPU上四周焊点发生开裂，而焊点开裂的原因与两方面相关：（1）焊点上界面存在较多Pb偏析和锡金合金，致使界面机械性能弱化；（2）部分焊点下界面存在富P层偏厚现象，致使界面机械性能弱化（3）样品在后续装配过程中，受较大机械应力。
混装工艺中，由于为无铅和有铅焊料混合封装，Pb偏析和界面的锡金合金在中不可避免，可通过焊接工艺曲线的控制来减少Pb偏析，界面的锡金合金过多与芯片端焊盘的金层过厚相关，后续可重点减小装配时的机械应力，并适当的优化工艺曲线来避免失效的发生。
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做方法确认不可不知的31个概念（中英文对照）
2017-03-21 16:53:09
