(SEM) X 선 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 및 주사 전자 현미경과 상관 광학 현미경 (LM)의 조합에 따라 LED를 깊이 분석에서
Summary
활성 광학 장치의 포괄적 인 마이크로 특성에 대한 워크 플로는 설명한다. 그것은 CT, LM 및 SEM에 의해 구조뿐만 아니라 기능적인 조사가 포함되어 있습니다. 이 방법은 여전히 특성화 동안 작동 될 수있는 화이트 LED에 대해 설명된다.
Abstract
In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.
Introduction
이 문서는 상호 빛과 발광 다이오드 (LED)의 깊이 특성의 예시에 대한 전자 현미경 (클레멘 타인)와 X 선 컴퓨터 단층 촬영 (CT)의 조합의 잠재력과 장점을 보여줍니다. 이 방법으로는 단면을 현미경으로 묘화 될 수있는 반면, 전기 기능이 시험편의 나머지 부분에서 유지되는 것과 같은 방식으로 LED의 마이크로 제조를 도모 할 수있다. 절차는 여러 가지 독특한 특징이있다 : CT에 의해 얻어진 전체 샘플 볼륨 렌더링 AID가 먼저 계획된 마이크로 제조하는 단계; 둘째, 가능한 이미징 기법 (명암 필드 편광 콘트라스트 등)의 전체 종류의 광 현미경 (LM)에 의해 LED의 관찰; 셋째, LM에 의해 작동 LED를 관찰; 넷째, 전자 현미경 영상 기술의 전체 다양 동일 영역의 관찰은 이차 전자를 포함lectron (SE) 및 후면 산란 전자 (BSE) 이미지뿐만 아니라, 에너지 분산 형 형광 X 선 분광법 (EDX).
조명 애플리케이션 LED는 특정 애플리케이션에서 색 변화가 유리할 수도 있지만, 백색광을 방출하도록 설계된다. LED는 좁은 스펙트럼 대역 (30 nm의 전체 폭의 절반 최대치 경 (FWHM))에서 방사선을 방출 때문에 넓은 발광은 한 화합물 반도체의 발광에 의해 달성 될 수 없다. 따라서, 백색 LED 조명은 일반적으로 청색 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 확장 한 발광에 단파장 방사선을 형광체 변환 LED를 조합함으로써 생성된다. 솔루션은 일반적으로 일반적으로 높은 시장 가격 결과 적어도 세 가지 원색의 사용을 LED 색상 변수입니다. (2)
그러나, – CT, LM 또는 어느 SEM의 사용은 물론 웰 (15 예 3의 LED 고장 분석) 설립여기에 설명 된 세 가지 기술의 포괄적 인 목적 조합은 새로운 통찰력을 제공 할 수 있습니다 의미 특성 분석 결과를 향해 빠른 트랙을 가능하게 할 것이다.
관심 영역 (ROI를)를 확인하고 선택할 수있는 CT에 포장 된 장치의 3 차원 미세 구조 분석. 이 비파괴적인 방법으로 전기적인 연결도 식별 할 수있어서 제조 간주된다. 2 차원 단면의 정확한 준비는이 방법의 파괴적인 성격에도 불구하고 운전 장치의 조사를 할 수 있습니다. 단면 이제 LM과 SEM 동일 ROI는 매우 효율적이고 유연한 특성있게 클레멘 타인 (16, 17)을 특징으로 할 수있다. 이 방법으로 두 현미경 기술의 장점을 조합 할 수있다. 예를 들어, LM에서의 ROI를 빠르고 식별은 SEM에서 고해상도 화상 따른다. 그러나 또한, 정보의 상관 관계로부터SEM에 시각화 및 분석 기술과 LM (예를 들어, 색상, 광학적 특성, 입도 분포)를 (예, 입자 크기, 표면 형태, 원소 분포)는 흰색 LED 내의 기능 동작 및 미세 구조의 깊은 이해를 허용한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 복합 방식의 장점은 수집 된 데이터의 위치에 의존 관계로 이루어져있다. 여기에 설명 된 멀티 모드 방식은 개별적으로 각각의 기술과 이후의 분석에 대비해야한다. SEM / EDS를 사용하여 검출 예를 들어, LM에서 표시 발광 특성을 조성물에 결합 될 수있다. CT에 의해 얻어지는 볼륨 정보는 깊이가 타겟 형태로 제조 횡단면 분석에 확장 될 수있다. CT 데이터는 이후 현미경 조사에 대한 관심 가능한 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 친절하게 "Akademische 먼 립 슈타 트"에서뿐만 아니라 "Ministerium에 대 한 혁신, Wissenschaft 싶게 Forschung 데 랜디스 노르 트 베스트 팔 렌"에서 재정 지원을 인정합니다. 그림 1, 2, 마르쿠스 HORSTMANN 5 의례, 응용 과학의 햄 – 립 슈타 트 대학에서 사진.
Materials
| X-Ray Computer Tomograph | General Electric | not applicable | type: nanotom s research edition |
| acquisition software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| reconstruction software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| rendering software | Volume Graphics | not applicable | VGStudio Max 2.2 and corresponding manual |
| grinder (manual) | Struers | 5296327 | Labopol 21 |
| sample holder | Struers | 4886102 | UniForce |
| grinder (automated) | Struers | 6026127 | Tegramin 25 |
| epoxy resin/hardener | Struers | 40200030/40200031 | Epoxy fix resin / Epoxy fix hardener |
| Ethanol | Struers | 950301 | Kleenol |
| Light Microscope | Zeiss | not applicable | Axio Imager M2m |
| Electron Microscope | Zeiss | not applicable | Sigma |
| CLEM software | Zeiss | not applicable | Axio Vision SE64 Rel.4.9 and corresponding manual |
| CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9101-000 | Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| SEM Adapter for CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9151-000 | SEM Adapter for Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| sputter coater | Quorum | not applicable | Q150TES |
| EDS detector | Röntec | not applicable | X-Flash 1106 |
| solder | Stannol | 535251 | type: HS10 |
| LED | Lumileds | not applicable | LUXEON Rebel warm white, research sample |
Riferimenti
- Mueller-Mach, R., Mueller, G. O., Krames, M. R., Trottier, T. High-power phosphor-converted light-emitting diodes based on III-Nitrides. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8 (2), 339-345 (2002).
- Branas, C., Azcondo, F. J., Alonso, J. M. Solid-State Lighting: A System Review. IEEE Ind. Electron. Mag. 7 (4), 6-14 (2013).
- Chang, M. -. H., Das, D., Varde, P. V., Pecht, M. Light emitting diodes reliability review. Microelectron. Reliab. 52 (5), 762-782 (2012).
- Ayodha, T., Han, H. S., Kim, J., Kim, S. Y. Effect of chip die bonding on thermal resistance of high power LEDs. Intersoc. Conf. Therm. Thermomechanical Phenom. Electron. Syst. ITHERM. , 957-961 (2012).
- Cason, M., Estrada, R. Application of X-ray MicroCT for non-destructive failure analysis and package construction characterization. Proc. Int. Symp. Phys. Fail. Anal. Integr. Circuits, IPFA. , (2011).
- Chen, R., Zhang, Q., Peng, T., Jiao, F., Liu, S. Failure analysis techniques for high power light emitting diodes. 2011 12th Int. Conf. Electron. Packag. Technol. High Density Packag. , 1-4 (2011).
- Chen, Z., Zhang, Q., et al. Study on the reliability of application-specific led package by thermal shock testing, failure analysis, and fluid-solid coupling thermo-mechanical simulation. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 2 (7), 1135-1142 (2012).
- Luniak, M., Holtge, H., Brodmann, R., Wolter, K. -. J. Optical Characterization of Electronic Packages with Confocal Microscopy. 2006 1st Electron. Syst. Technol. Conf. 2 (16), 1813-1815 (2006).
- Marks, M. R., Hassan, Z., Cheong, K. Y. Characterization Methods for Ultrathin Wafer and Die Quality: A Review. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (12), 2042-2057 (2014).
- Rosc, J., Hammer, H., et al. Reliability assessment of contact wires in LED-devices using in situ X-ray computed tomography and thermo-mechanical simulations. Proc. 5th Electron. Syst. Technol. Conf. , 1-6 (2014).
- Zhaohui, C., Qin, Z., Kai, W., Xiaobing, L., Sheng, L. Reliability test and failure analysis of high power LED packages. J. Semicond. 32 (1), 014007 (2011).
- Hamon, B., Bataillou, B., Hamon, B., Mendizabal, L., Gasse, A., Feuillet, G. N-contacts degradation analysis of white flip chip LEDs during reliability tests. 2014 IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. , FA.1.1-FA.1.6 (2014).
- Tsai, M. -. Y., Tang, C. -. Y., Yen, C. -. Y., Chang, L. -. B. Bump and Underfill Effects on Thermal Behaviors of Flip-Chip LED Packages: Measurement and Modeling. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 14 (1), 161-168 (2014).
- Wang, F. -. K., Lu, Y. -. C. Useful lifetime analysis for high-power white LEDs. Microelectron. Reliab. 54 (6-7), 1307-1315 (2014).
- Liu, Y., Zhao, J., Yuan, C. C. -. A., Zhang, G. Q., Sun, F. Chip-on-Flexible Packaging for High-Power Flip-Chip Light-Emitting Diode by AuSn and SAC Soldering. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (11), 1754-1759 (2014).
- Thomas, C., Edelmann, M., Lysenkov, D., Hafner, C., Bernthaler, T., Schneider, G. Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM) for Characterization of Lithium Ion Battery Materials. Microsc. Microanal. 16, 784-785 (2010).
- Thomas, C., Ogbazghi, T. Correlative Microscopy of Optical Materials. Imaging & Microscopy. 3, 32-34 (2014).
