ב ניתוח עומק של נוריות ידי שילוב של טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) ואור מיקרוסקופית (LM) בקורלציה עם מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM)
Summary
זרימת עבודה עבור מייקרו-אפיון מקיף של מכשירים אופטיים פעילים מתוארת. הוא מכיל מבניים, כמו גם חקירות פונקציונליות באמצעות CT, LM ו- SEM. השיטה מודגמת עבור LED לבן אשר ניתן עדיין להיות מופעל במהלך האפיון.
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
מאמר זה מדגים את הפוטנציאל ואת היתרונות של שילוב של טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) עם אור גומל במיקרוסקופ אלקטרונים (קלם) עבור למופת באפיון מעמיק של דיודות פולטות אור (LED). בעזרת טכניקה זו ניתן לתכנן את ההכנה מיקרו של ה- LED באופן כך, שבעת חתך ניתן הדמיה מיקרוסקופית את הפונקציונליות חשמל נשמר והשאר של הדגימה. יש ההליך כמה תכונות ייחודיות: ראשית, הכנת המייקר שתכננה סיוע של נפח שניתן מכלל המדגם המתקבל על ידי CT; ושנית, התצפית של LED על ידי מיקרוסקופ אור (LM) עם המגוון השלם של טכניקות הדמיה זמינות (בהירות שדה כהה, ניגודיות קיטוב, וכו '); ושלישית, תצפית של LED במבצע עד LM; ורביעית, תצפית של אזורים זהים עם המגוון הרחב של טכניקות הדמיה במיקרוסקופ אלקטרונים המהווה דואר משניlectron (SE) אלקטרוני פיזור בחזרה הדמיה (BSE), וכן ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי רנטגן נפיצת אנרגיה (EDX).
נוריות עבור יישומי תאורה נועדו לפלוט אור לבן, אם כי יישומים מסוימים השתנות צבע עשויות להיות חיוביות. פליטת רחבה זו אינה יכולה להיות מושגת על ידי פליטת מוליכים למחצה במתחם אחד, מאז נוריות פולטות קרינה בלהקת ספקטרלי צרה (בסביבות 30 מקסימום חצי רוחב ננומטר (FWHM)). לכן אור LED הלבן מופק בדרך כלל על ידי שילוב נורית כחולה עם phosphors אשר להמיר את הקרינה באורך גל הקצר לתוך פליטה רחבה על פני טווח ספקטרלי גדול 1. משתנה צבע LED פתרונות בדרך כלל לעשות שימוש בשלושה פריימריס לפחות, שתוצאתה בדרך כלל במחירי שוק גבוהים יותר. 2
השימוש או CT, LM או SEM מוקמת כמובן היטב (למשל, ב ניתוח הכישלון של נוריות 3 – 15), אולםשילוב מקיף ותכליתי של כל שלוש הטכניקות המתוארות כאן עשוי להציע תובנה חדשות ויאפשר מסלולים מהר יותר לעבר תוצאות אפיון משמעותיות.
מניתוח microstructural 3D של המכשיר ארוז CT אזורים של עניין (ROIs) ניתן לזהות שנבחרו. עם שיטה בלתי הרסנית זו, חיבורי חשמל יכולים גם להיות מזוהים נחשבים להכנה נוספת. ההכנה המדויקת של קטע 2D צלב מאפשרת חקירות של המכשיר בפעולה למרות הטבע ההרסני של שיטה זו. החתך ניתן לאפיין עכשיו על ידי קלם 16,17 המאפשר אפיון מאוד יעיל וגמיש של ROIs הזהה עם LM וכן SEM. לפי גישה זו, את היתרונות של שניהם שיטות מיקרוסקופיה ניתן לשלב. לדוגמה, זיהוי מהיר של ROIs ב LM ואחריו הדמיה ברזולוציה גבוהה של SEM. אבל יתר על כן, המתאם של מידעLM (למשל, צבע, תכונות אופטיות, החלקיקים הפצה) עם טכניקות להדמיה וניתוח של SEM (למשל, גודל החלקיקים, מורפולוגיה השטח, הפצה אלמנט) מאפשר הבנה עמוקה יותר של התנהגות מיקרו פונקציונלי בתוך LED לבן.
Protocol
Representative Results
Discussion
יתרונותיה של גישה משולבת זה מורכב המתאם המיקום תלוי של הנתונים רכשו. הגישה המשולבת המתואר כאן עומדת בניגוד ב ניתוחים שלאחר מכן עם כל טכניקה בנפרד. לדוגמה, מאפייני הארה גלוי LM ניתן לקשר יצירות כפי שזוהו באמצעות SEM / EDS. מידע הנפח מתקבל על ידי CT יכול להתארך עם ב זכה להתייח?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים תמיכה כספית חביב מן "Lippstadt Akademische Gesellschaft" וכן מן "Ministerium für חדשנות, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen". תמונות איורים 1, 2 ו -5 באדיבות למרקוס Horstmann, Hamm-Lippstadt אוניברסיטת אפלייד מדעי.
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 |
References
- 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).
