LED無非處理兩個問題——光和熱，因此熟悉LED產品的光熱分布情況對分析其質量性能至關重要！但由于國內缺少相關的檢測設備及表征方法的研究，使得人們在LED光熱分布方面了解太少，現在光熱分布不均已是影響國內光電產品可靠性的一大要素。光熱分布檢測除了用于表征器材的光熱分布性能，也是失效分析中不可或缺的測試手段，通常應用于LED芯片、燈珠、燈具、電源以及功率器材等各個領域。金鑒實驗室根據行業檢測需求，自主研發了金鑒顯微光熱分布測試系統，全面應用于LED失效分析，且逐步向半導體功率器材領域擴展。

　　LED失效分析測試案例

　　案例一：不同環境溫度下熱分布測試

　　金鑒顯微熱分布測試系統配備高精度控溫體系，可實現器件在不同溫度下的熱分布測試。本案例模擬燈具芯片在不同環境溫度下的結溫及熱分布狀態，測試結果表明，控制環境溫度達到80℃時，芯片結溫122℃，繼續升高環境溫度可能導致芯片發光效率低下甚至芯片受損。

　　案例二：不同廠家芯片光熱分布差異

　　看以下案例中A款芯片的光熱發布均勻度，強烈建議LED芯片規格書里添加不同使用溫度下的光熱分布數據！做好光熱分布來料檢驗，可以使LED質量更可靠。

　　案例三：多芯片封裝，電流密度均勻性需把控

　　某款燈珠采用兩顆芯片并聯的方式封裝，金鑒顯微光分布測試系統測得B芯片發光強度較A芯片的大，顯微熱分布測試系統測得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因，LED芯片較小的電壓波動都會產生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現一個燈珠內兩顆芯片亮度不一的現象，影響燈珠性能。

　　案例四：倒裝芯片光熱分布分析

　　LED失效分析案例中，CSP燈珠出現膠裂異常，金鑒顯微熱分布測試分析顯示，芯片負極焊盤區域溫度比正極焊盤區域溫度高約15℃。因此，推斷該芯片電流密度均勻性較差，導致正負極焊盤位置光熱分布差異較大，局部熱膨脹差異過大從而引起芯片上方封裝膠開裂異常。

　　案例五：LED燈珠熱分布分析

　　某客戶的聲控燈具在使用一定時間后出現膠體開裂和斷線死燈失效，對該款燈珠進行熱分布測試發現，以燈珠河道為界線，燈珠正負極焊盤存在較大溫差，負極焊盤溫度明顯高于正極焊盤溫度，造成PCB基板和燈珠以河道為界線出現熱膨脹不一致，燈珠河道區域應力集中，從而導致河道區域的封裝膠出現開裂現象。同時燈具PCB基板導熱性較差，導致燈珠熱量囤積，燈珠結溫偏高（125.5℃），處于熱影響區的鍵合線在長期頻繁開關引起的應力應變作用下出現疲勞開裂直至燒毀開路。此案例中，溫度和熱分布測試結果能直觀的反應燈珠失效點。

　　案例六：LED燈具熱分布測試

　　日常使用的燈具過熱容易引起電子器件故障，縮短產品使用壽命，嚴重甚至造成安全隱患，檢測LED燈具發熱均勻情況能幫助設計產品，合理布置發熱部件，有效防止過熱。

　　LED燈具熱分布

　　案例七：定位電源失效區域

　　電源失效案例中，金鑒使用紅外熱分布測試系統對電源進行測試，發現電源結構中的R5電阻在使用時發熱嚴重，溫度高達90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時最合適的工作溫度在70℃以下，而該電源中R5碳膜電阻在90℃溫度下滿載工作，長期使用過程中導致R5電阻失效。

　　電源熱分布圖及熱點定位

　　案例八：芯片電極設計對光分布的影響

　　對某LED芯片電極圖案進行評估，如下圖所示，芯片的發光不均勻，區域1的亮度明顯過高；相反地，區域2的LED量子阱卻未被充分激活，降低了芯片的發光效率。對此，金鑒建議，可以適當增加區域1及其對稱位置的電極間距離或減小電極厚度來降低區域1亮度，也可以減少區域2金手指間距離或增加正中間正極金手指的厚度來增加區域2亮度，以達到使芯片整體發光更加均勻的目的。

　　LED芯片發光效果圖

　　案例九：芯片金道設計對光分布的影響

　　下圖中芯片左邊為兩個負電極，右邊為兩個正電極，其中，區域1、2亮度較低，電流擴展性不夠，需提高其電流密度，建議延長最近的正電極金手指以提升發光均勻度。區域3金手指位置的亮度稍微超出平均亮度，可減少金手指厚度來改善電流密度，或者改善金手指的MESA邊緣聚積現象，另外，也可以增加區域3外的金手指厚度，使區域3外金手指附近的電流密度增加，提升區域3外各金手指的電流密度，以上建議可作為發光均勻度方面的改善，以達到使芯片整體發光更加均勻的目的。在達到或超過了芯片整體發光均勻度要求的前提下，可考慮減小金手指厚度來減少非金屬電極的遮光面積，以提升亮度。甚至，可以為了更高的光效犧牲一定的金手指長度和寬度。

　　LED芯片發光效果圖

　　案例十：光分布3D模塊測試評估芯片光提取效率

　　金鑒顯微光分布3D測試模塊可以觀察芯片各區域的出光強度，填補芯片的光提取效率測試空白。下圖垂直結構芯片采用了多刀隱切工藝，芯片側面非常粗糙，粗糙界面可以反射芯片側面出射的光，提高芯片的光提取效率。從該芯片的3D光分布圖中可以直觀的看到，該芯片邊緣出光較多，說明多刀隱切工藝對芯片出光效率的提升顯著。

　　案例十一：顯微光分布測試幫助定位最高效率的電流電壓

　　金鑒顯微光熱分布系統，可幫助客戶避免過度超電流，準確定位最高效率下的電流電壓！如下案例中，芯片額定電流為60mA，超額定電流90mA下點亮時，芯片溫度大大提高，亮度反而出現衰減。過度的超電流，LED芯片產熱嚴重，光產出并不會增加，甚至出現光衰。

　　案例十二：顯微光分布測試系統應用于LED芯片失效分析

　　失效的LED芯片必然在光熱分布上漏出蛛絲馬跡！某燈珠廠家把芯片封裝成燈珠后，老化出現電壓升高的現象。金鑒通過顯微光分布測試系統發現芯片主要在正極附近區域發光。因此，定位芯片正極做氬離子截面拋光，發現正極底部SiO2層邊緣傾角過大，ITO層在臺階位置出現斷裂、虛接現象，ITO層電阻過大，電流擴散受阻，出現電壓升高異常現象。

　　案例十三：倒裝芯片光熱分布分析

　　失效分析案例中，CSP燈珠出現膠裂異常，使用熱分布測試系統對芯片進行測試，由于紅外測溫是通過物體表面的紅外熱輻射測量溫度，對于倒裝芯片表面的藍寶石也不能穿透，故無法對芯片內部電極等結構進行進一步的分析。此時，使用金鑒顯微光分布測試系統可以清晰地觀察到芯片電極圖案，從光分布圖可以看出，芯片負電極位置發光較強，因此推斷負電極位置電流密度較大，導致此處發熱量也較大，從而局部熱膨脹差異過大引起芯片上方封裝膠開裂異常。

　　案例十四：多芯片封裝的光分布監測

　　金鑒顯微光分布系統，能高效精準分析燈珠內各芯片電流密度，是品質把控的好幫手！例如某燈珠采用兩顆芯片并聯的方式封裝，該燈珠點亮時，金鑒顯微光分布測試系統測得B芯片發光強度較A芯片的大，顯微熱分布測試系統測得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因，LED芯片較小的電壓波動都會產生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現一個燈珠內兩顆芯片亮度不一的現象，影響燈珠性能。

　　　案例十五：COB光源發光均勻度測試

　　對于LED光源，特別是白光光源，由于電極設計、芯片結構以及熒光粉涂敷方式等影響，其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖所示，COB右半邊燈珠亮度明顯比左半邊低，由標尺計算出，右半邊亮度為左半邊的三分之二，導致這一失效原因也許是COB的PCB板材左右邊銅箔電阻不一致，導致燈珠左右兩邊的芯片所加載的電壓不一致，造成兩邊芯片的發光強度出現差異。

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