红外LED芯片的断裂失效研究.pdf

在现代电子行业中，红外LED芯片作为关键的半导体元件，广泛应用于各种电子设备中。红外LED芯片的主要功能是将电能转化为红外辐射，其波长一般处于不可见的近红外区域。不同波长的红外LED芯片在通信、遥控、医疗等不同应用领域有着各自的用途。为了深入了解红外LED芯片的失效机制，叶小辉在厦门华联电子股份有限公司进行了深入研究。 红外LED芯片的失效主要可以分为以下几类：电应力失效、热应力失效和机械应力失效。电应力失效通常发生在电流过大或者反向电压超过阈值时，热应力失效则与芯片内部和外部的温度变化有关，机械应力失效则多由外力或者封装过程中的应力造成。 在封装过程中，环氧树脂是常用的封装材料之一，它在固化后具有较高的硬度。环氧树脂的应力状态对红外LED芯片的影响尤为明显，因为环氧树脂在固化过程中会由于热膨胀系数的变化而对芯片产生内应力。如果环氧树脂的玻璃化转变温度（Tg）异常或固化率偏低，将导致内应力异常增大，最终可能引起红外芯片的晶格位错甚至开裂。 红外LED芯片的制程包括单晶片衬底制作、外延生长、光刻、清洗、电极制作、表面粗化、划片切割、参数测试等多个环节。制程中的任何一步出现缺陷，都有可能导致芯片质量下降。例如，芯片材料缺陷、电极材料劣化、PN结结构损伤、芯片电极欧姆接触不良及芯片污染等问题，都可能成为产品失效的诱因。 在实际应用中，红外LED芯片常见的失效现象包括：芯片断裂分层、表面电极脱落、功率衰减、银胶爬胶、反向漏电、烧毁、静电击穿等。这些失效现象可能由封装工艺不当、材料缺陷、电应力、热应力或机械应力引起。尤其是芯片断裂与分层，它们属于不易察觉的隐形失效，即便在生产过程中通过人工镜检或自动设备的AOI系统进行剔除，但在环境试验后依旧可能暴露出来。 研究中提到的死灯失效现象，是红外LED芯片失效的一种形式，通常表现为芯片在波峰焊后无红外信号输出，正向电压VF升高、不稳定甚至开路。这可能是由于芯片四周受到机械应力挤压或拉扯，导致芯片损坏。 为了寻找红外LED芯片失效的根本原因，研究使用了扫描电子显微镜(SEM)来检测芯片是否存在暗裂，同时采用差示扫描量热法(DSC)测试环氧树脂的固化程度。结果表明，失效品中的环氧树脂存在固化不充分的问题，这正是导致产品失效的根源。 在对红外LED芯片失效进行研究时，了解其发光原理也是关键之一。红外LED芯片是由P型和N型半导体构成的PN结，当对PN结施加正向电压时，P区的空穴和N区的电子分别注入对方区域并复合，释放出光能。红外LED芯片通常使用的材料是III-V族的化合物半导体，例如GaAs、AlGaAs等。 红外LED芯片的失效研究涉及多个方面，包括其物理结构、失效机理、制程控制、封装材料特性等。通过深入研究，可以为红外LED芯片的质量提升、寿命延长和可靠性增加提供理论依据和技术指导。