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1. 案例背景

LED加電不亮，手輕壓可正常發光。

 

2. 分析方法簡述

1）X射線透視可明顯發現NG樣品上的兩根連接在LED內部大晶片上的綁定線在綁定點端頭部分有明顯斷裂，內部連接負極的一端綁定良好。OK樣品則未見任何異常。

2）用化學方法腐蝕掉LED燈表面封裝膠體，電子顯微鏡觀察其內部結構，可明顯看到芯片內部連接正極的兩條金線在端頭部分存在明顯的機械應力斷裂，斷口有頸縮及金屬機械拉尖現象。斷裂位置均在綁定頸部位置，綁定點位置綁定良好。剖面觀察未見LED半球形的封膠體有明顯的裂紋或氣孔等封裝缺陷。

3）從LED開封后的內部結構來看，該樣品不同于常見LED的封裝，晶片上的正極綁定點為帶尾翼的第二綁定點（一般第二綁定點是晶片封裝中強度薄弱的點，易發生斷裂等異常），而框架負極上的綁定點反而為球型的第一綁定點。發生機械斷裂的正是帶尾翼的第二綁定點位置，該位置立體空間上高于負極的第一綁定點，更易受到外部機械應力的影響。

 

圖1.LED外觀照片

 

圖2.NG樣品X射線透視照片

 

圖3. NG樣品剖面SEM/EDS圖片（150X）

 

圖4.NG樣品開封后SEM照片（150X,1000X,3000X）

 

3. 失效模式分析

LED失效模式主要有：晶片失效、封裝失效、熱應力失效、機械應力失效、電過應力失效及鍵合失效。該NG樣品均為機械應力致失效。

1）晶片失效：晶片失效是指晶片本身失效或其它原因造成晶片失效。造成這種失效的原因往往有很多種：晶片裂紋是由于鍵合工藝條件不合適，造成較大的應力，隨著熱量積累所產生的熱機械應力也隨之加強，導致晶片產生微裂紋，工作時注入的電流會進一步加劇微裂紋使之不斷擴大，直至完全失效。其次，如果芯片有源區本來就有損傷，那么會導致在加電過程中逐漸退化直至失效，同樣也會造成燈具在使用過程中光衰嚴重直至不亮。再者，若晶片粘結工藝不良，在使用過程中會導致晶片粘結層完全脫離粘結面而使得樣品發生開路失效，同樣也會造成LED在使用過程中發生“死燈”現象。導致晶片粘結工藝不良的原因，可能是由于使用的銀漿（絕緣膠）過期或者暴露時間過長、銀漿（絕緣膠）使用量過少、固化時間過長、固晶基面被污染等。

2）封裝失效：封裝失效是指封裝設計或生產工藝不當導致器件失效。封裝所用的環氧樹脂材料，在使用過程中會發生劣化問題，致使LED的壽命降低。這種劣化問題包括：光透過率、折射率、膨脹系數、硬度、透水性、透氣性、填料性能等，其中尤以光透過率最為重要。對于封裝而言，還有一個影響LED壽命的重要因素就是腐蝕。在LED使用中，一般引起腐蝕的主要原因是水汽滲入了封裝材料內部，導致引線變質、PCB銅線銹蝕；有時，隨水汽引入的可動導電離子會駐留在芯片表面，從而造成漏電。此外，封裝質量不好的器件，在其封裝體內部會有大量的殘留氣泡，這些殘留的氣泡同樣也會造成器件的腐蝕。

3）熱過應力失效：高功率LED結溫升高會使得環氧樹脂材料發生異變，從而增加了系統的熱阻，使得晶片與封裝之間的受熱表面發生退化，最終導致封裝失效。

4）電過應力：LED若受到過電流(EOS)或者靜電沖擊(ESD)，都會造成晶片開路，形成電過應力失效。例如，GaN是寬禁帶材料，電阻率較高。如果使用該類晶片，在生產過程中因靜電產生的感生電荷不易消失，當其累積到相當的程度時，可以產生很高的靜電電壓，這一電壓一旦超過材料的承受能力，就會發生擊穿現象并放電，使得器件失效。

5）鍵合失效：LED制造過程中鍵合條件不當，若鍵合力過大將會壓傷晶片，反之則會造成器件的鍵合強度不足，使得器件容易脫松，或完全未形成良好的鍵合界面。

6）機械應力失效：LED在SMT工藝流轉、測試或運輸中，外部的夾具、模具或其它硬質的材料撞擊LED燈封裝體，導致其內部結構瞬間移位拉斷內部綁定線。這類失效發現在較軟封裝體的幾率較大。

 

4. 結論

導致失效樣品LED加電不亮，手輕壓可正常發光（開路）的原因：NG樣品受到外部機械應力影響內部晶片上的第二綁定點發生機械應力斷裂。

 

注：由于實際報告內容過多，所以此文章已把內容簡化，如有不足、片面之處，懇請指正。