LED失效分析方法簡介
和半導體器件一樣，發光二極管(LED)早期失效原因分析是可靠性工作的重要部分，是提高LED可靠性的積極主動的方法。LED失效分析步驟必須遵循先進行非破壞性、可逆、可重復的試驗，再做半破壞性、不可重復的試驗，最后進行破壞性試驗的原則。采用合適的分析方法，最大限度地防止把被分析器件(DUA)的真正失效因素、跡象丟失或引入新的失效因素，以期得到客觀的分析結論。針對LED所具有的光電性能、樹脂實心及透明封裝等特點，在LED早期失效分析過程中，已總結出一套行之有效的失效分析新方法。
LED失效分析方法
1、 減薄樹脂光學透視法
在LED 失效非破壞性分析技術中，目視檢驗是使用最方便、所需資源最少的方法，具有適當檢驗技能的人員無論在任何地方均能實施，所以它是最廣泛地用于進行非破壞檢驗失效LED的方法。除外觀缺陷外，還可以透過封裝樹脂觀察內部情況，對于高聚光效果的封裝，由于器件本身光學聚光效果的影響，往往看不清楚，因此在保持電性能未受破壞的條件下，可去除聚光部分，并減薄封裝樹脂，再進行拋光，這樣在顯微鏡下就很容易觀察LED芯片和封裝工藝的質量。諸如樹脂中是否存在氣泡或雜質;固晶和鍵合位置是否準確無誤;支架、芯片、樹脂是否發生色變以及芯片破裂等失效現象，都可以清楚地觀察到了。
2、半腐蝕解剖法
對于LED單燈，其兩根引腳是靠樹脂固定的，解剖時，如果將器件整體浸入酸液中，強酸腐蝕祛除樹脂后，芯片和支架引腳等就完全裸露出來，引腳失去樹脂的固定，芯片與引腳的連接受到破壞，這樣的解剖方法，只能分析DUA的芯片問題，而難于分析DUA引線連接方面的缺陷。因此我們采用半腐蝕解剖法，只將 LED?DUA單燈頂部浸入酸液中，并精確控制腐蝕深度，去除LED?DUA單燈頂部的樹脂，保留底部樹脂，使芯片和支架引腳等完全裸露出來，完好保持引線連接情況，以便對DUA全面分析。圖1所示為半腐蝕解剖前后的φ5LED，可方便進行通電測試、觀察和分析等試驗
在LED-DUA缺陷分析過程中，經常遇到器件初測參數異常，而解剖后取得的芯片進行探針點測，芯片參數又恢復正常，這時很難判斷異常現象是由于封裝鍵合不良導致，還是封裝樹脂應力過大所造成。采用半腐蝕解剖，保留底部樹脂，祛除了封裝樹脂應力的影響，又保持DUA內部引線連接，這樣就很容易確認造成失效的因素。
3、 金相學分析法
金相學分析法是源于冶金工業的分析和生產控制手段，其實質是制備供分析樣品觀察用的典型截面，它可以獲得用其他分析方法所不能得到的有關結構和界面特征方面的現象[1]。LED的截面分析，是對LED-DUA失效分析的“最后手段”，此后一般無法再進行其他評估分析。它也是一種LED解剖分析法，為了分析微小樣品，在一般試驗中，需要對分析樣品進行樹脂灌封，以便進行機械加工，再對所需要分析的界面進行刨削或切斷，然后經過研磨、拋光，獲得所要分析的界面。而對LED器件，有很多本身就是樹脂灌封器件，這樣只要選好界面，就可通過刨削、研磨、拋光等，獲得LED- DUA的典型截面。操作中，剖截面通常可用金剛砂紙研磨，當接近所關注的區域時，改用較細的金剛砂紙研磨或水磨，最后在細毛織物上用0.05μm的氧化鋁膏劑拋光。圖2為φ5白光LED側向典型截面，可清楚地看到其結構情況。
需要注意的是GaN基LED中的藍寶石襯底異常堅硬，由于目前尚未有較好的研磨方法，因此對這類的DUA還難以對芯片進行截面分析。
4、 析因試驗分析法
析因試驗是根據已知的結果，去尋找產生結果的原因而進行的分析試驗[2]。通過試驗，分清是主要影響還是次要影響的因素，可以明確進一步分析試驗的方向。析因試驗分析是一種半破壞性試驗。LED-DUA解剖分析對操作過程要求較高，稍不留神即可能造成被分析器件的滅失。分析過程中，經常先采用析因試驗分析法，分析工程師根據復測結果和外觀檢查情況，綜合相應理論知識和以往積累的分析經驗，估計器件失效原因，并提出針對性試驗和方法進行驗證。一般可采用相應的物理措施和試驗———冷熱沖擊試驗、重力沖擊試驗、高溫或低溫試驗和振動試驗等。例如庫存φ5透明紅光LED單燈，出貨檢驗時出現個別LED間歇開路失效現象，而兩次檢測只經過搬動運輸，故先對DUA采用重力沖擊試驗，出現試驗后開路失效，減薄樹脂后看到芯片與銀漿錯位，是造成間歇開路失效的原因。
5、 變電流觀察法
作為光電器件的LED，與一般半導體器件相比，其失效分析除檢測DUA的電參數外，還必須關注光參數方面的變化。除了通過專業測試儀檢測外，還可直接通過眼睛或借助顯微鏡觀察DUA的出光變化情況，經常可以得到預想不到的收獲。如果DUA按額定電流通電，觀察時可能因出光太強而無法看清，而通過改變電流大小，可清晰地觀察到其出光情況。例如GaN基藍光LED正向電壓Vf大幅升高的現象，在小電流下，有些可以觀察到因電流擴展不良而造成芯片只有局部發光的現象，顯然為電極與外延層間接觸不牢靠，在封裝應力的作用下，接觸電阻變大所造成的失效。圖3為經減薄處理后φ5LED所觀察到的芯片小電流擴展不良現象。
6、 試驗反證法
LED失效分析過程中，經常受到分析儀器設備和手段的限制，不能直觀地證明失效原因，高素質的分析工程師，經常通過某些分析試驗，采取排除的辦法，推論反證失效原因。例如DUA為8×8紅光 LED點陣，半成品初測合格，灌膠后出現單點LED反向漏電流特大，受儀器設備限制，只有直流電源和LED光電參數測試儀，不能做解剖或透視分析，測試中發現DUA正向光電參數無異常，而反向漏電流大，故采用反向偏置并加大電流至數十毫安后，再測正向光電參數，前后結果無明顯變化，說明反向偏置中的數十毫安并非從該LED芯片通過，由此推定并非LED芯片造成漏電。