走査型電子顕微鏡（SEM）と相関X線コンピュータ断層撮影（CT）および光学顕微鏡（LM）の組合せによるLEDの深さ分析で
Summary
光アクティブデバイスの総合的なマイクロ特徴付けのためのワークフローが概説されています。これは、CT、LMおよびSEMによる構造だけでなく、機能的な調査が含まれています。この方法は、まだ特徴付けの時に動作させることが可能白色LEDのために実証されています。
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
この記事では、相関光と発光ダイオード（LED）の深さの特徴付けで典型的なのための電子顕微鏡（CLEM）とX線コンピュータ断層撮影（CT）の組み合わせの可能性と利点を示しています。この技術では、断面を顕微鏡で画像化することができるが、電気的機能性は、試料の残りの部分で保存されるような方法でLEDのマイクロ製造を計画することが可能です。手順は、いくつかのユニークな特徴があります：CTによって得られたサンプル全体のボリュームレンダリングの助けにより、まず、計画されたマイクロ準備を。第二に、利用可能なイメージング技術（明るい及び暗視野、偏光コントラストなど ）の完全な様々な光学顕微鏡（LM）によりLEDの観察;第三に、LMによる操作のLEDの観察。第四に、電子顕微鏡画像化技術の完全な様々な同じ領域の観察は、二次電子を含みますlectron（SE）および後方散乱電子（BSE）画像、並びに、エネルギー分散型蛍光X線分光法（EDX）。
特定の用途においてカラーのばらつきが良好であってもよいが、照明用途のためのLEDは、白色光を放出するように設計されています。 LEDは、狭いスペクトルバンド（ 約 30nmの半値全幅（FWHM））の放射線を放出するので、このブロードな発光は、1種の化合物半導体から排出することによって達成することができません。したがって、白色LEDランプは、一般的に青色が大きいスペクトル領域1上にブロードな発光に短波長の放射線を変換する蛍光体とLEDの組み合わせによって生成されます。解決策は、通常、一般的により高い市場価格になり、少なくとも3原色の使用を作るLEDカラー変数。2
（発光ダイオード3の故障解析で例えば 、 – 15）もちろん、十分に確立されているCT、LMまたはSEMのいずれかの使用、しかし、ここに記載されているすべての3つの手法の包括的かつ意図的な組み合わせは、新たな洞察を提供するかもしれないし、意味のある特性評価結果に向かって高速にトラックを有効にします。
CTでパッケージ化されたデバイスの3次元微細構造の分析から利息（ROIを）の領域を同定し、選択することができます。この非破壊的な方法では、電気的な接続も識別することができ、さらに製造のための考え。 2D断面の正確な製造は、この方法の破壊的な性質にもかかわらず、動作中のデバイスの調査を可能にします。断面は現在LMならびにSEMと同じROIの非常に効率的かつ柔軟な特性評価を可能にするCLEM 16,17によって特徴付けることができます。このアプローチによって、両方の顕微鏡技術の利点を組み合わせることができます。例えば、LMにおけるROIの迅速同定は、SEMで高分解能イメージングが続きます。しかし、さらに、情報の相関関係から、LM SEM（ 例えば 、粒径、表面形態、元素分布）の可視化および解析技術を持つ（ 例えば 、色、光学特性、粒子分布）は、白色LED内の機能の挙動と微細構造をより深く理解することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
このマルチモーダルアプローチの利点は、取得したデータの位置依存関係で構成されています。ここで説明するマルチモーダルアプローチは、個別技術とその後の分析に対比されるべきです。 SEM / EDSを用いて検出されるように、例えば、LMにおける可視発光特性は、組成物に結合させることができます。 CTにより得られたボリューム情報は、深さと拡張することができる標的化様式で調製し?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、親切に「Akademischeゲゼルシャフトリップシュタット」からだけでなく、「Ministeriumエリーゼイノベーション、WissenschaftウントForschungデランデスノルトライン・ウェストファーレン」からの財政支援を認めます。図1、図2及びマーカス・ホルストマンに5礼儀、応用科学のハム・リップシュタット大学で写真。
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 |
Referências
- 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).
