金鉴实验室：LED芯片来料检验、失效分析

芯片是LED最关键的原物料，其质量的好坏，直接决定了LED的性能。特别是用于汽车或固态照明设备的高端LED，绝对不容许出现缺陷，也就是说此类设备的可靠性必须非常高。然而，LED封装厂由于缺乏芯片来料检验的经验和设备，通常不对芯片进行来料检验，在购得不合格的芯片后，往往只能吃哑巴亏。金鉴检测在累积了大量LED失效分析案例的基础上，推出LED芯片来料检验的业务，通过运用高端分析仪器鉴定芯片的优劣情况。这一检测服务能够作为LED封装厂/芯片代理厂来料检验的补充，防止不良品芯片入库，避免因芯片质量问题造成灯珠的整体损失。

检测项目：

一、 芯片各项性能参数测试

Wd（主波长）、Iv（亮度）、Vf（顺向电压）、Ir（漏电）、ESD（抗静电能力）等芯片的光电性能测试，金鉴作为第三方检测机构能够鉴定供应商提供的产品数据是否达标。

二、 芯片缺陷查找

检测内容：

1. 芯片尺寸测量，芯片尺寸及电极大小是否符合要求，电极图案是否完整。

2. 芯片是否存在焊点污染、焊点破损、晶粒破损、晶粒切割大小不一、晶粒切割倾斜等缺陷。

LED芯片的受损会直接导致LED失效，因此提高LED芯片的可靠性至关重要。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕。黄光作业若显影不完全及光罩有破洞会使发光区有残余多出的金属。晶粒在前段制程中，各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有晶粒电极刮伤的情况发生。

芯片电极对焊点的影响：芯片电极本身蒸镀不牢靠，导致焊线后电极脱落或损伤；芯片电极本身可焊性差，会导致焊球虚焊；芯片存储不当会导致电极表面氧化，表面玷污等等，键合表面的轻微污染都可能影响两者间的金属原子扩散，造成失效或虚焊。

3. 芯片外延区的缺陷查找

LED外延片在高温长晶过程中，衬底、MOCVD反应腔内残留的沉积物、外围气体和Mo源都会引入杂质，这些杂质会渗入磊晶层，阻止氮化镓晶体成核，形成各种各样的外延缺陷，最终在外延层表面形成微小坑洞，这些也会严重影响外延片薄膜材料的晶体质量和性能。金鉴检测研发出快速鉴定芯片外延区缺陷的检测方法，能够低成本、快速地检测出芯片外延层80%的外延缺陷，帮助LED客户选择高质量的外延片、芯片。

4. 芯片工艺和清洁度观察

电极加工是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨，会接触到很多化学清洗剂，如果芯片清洗不够干净，会使有害化学物残余。这些有害化学物会在LED通电时，与电极发生电化学反应，导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。因此，鉴定芯片化学物残留对LED封装厂来说至关重要。

案例分析（一）：

某客户红光灯珠发现暗亮问题，但一直找不出原因，委托金鉴分析失效的原因。金鉴经过一系列仪器分析排除封装原因后，对供应商提供的裸晶进行检测，发现每一个芯片的发光区域均有面积不等的污染物，能谱分析结果显示该污染物包含C、O两种元素，表明污染物为有机物。我们建议客户注重对芯片厂商的生产工艺规范和车间环境的考核，并加强对芯片的来料检验。

案例分析（二）：

某客户生产的一批灯珠出现漏电问题，委托金鉴查找原因。金鉴通过扫描电镜鉴定这批灯珠漏电原因为静电击穿，并对供应商提供的裸晶进行检测，发现芯片外延层表面有大量黑色空洞，这些缺陷表明外延层晶体质量较差，PN结内部存在缺陷。空洞的发现，帮助客户明确责任事故的负责方，替客户挽回损失。

注：LED芯片的制造工艺流程

LED芯片的制造工艺流程图

外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。

在生长成外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着就开始用激光机或钻石刀切割LED外延片，制造成芯片后，然后在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试。这主要是对电压、波长、亮度进行测试，符合正常出货标准参数的晶圆片继续下一步的操作，不符合要求的，就放在一边另行处理。晶圆切割成芯片后，需要100%的目检（VI/VC），操作者要在放大30倍数的显微镜下进行目测。接着使用全自动分类机根据不同的电压、波长、亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。 最后对LED芯片进行检查（VC）和贴标签。芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在标签上，附在蜡光纸的背面。蓝膜上的芯片将做最后的目检测试，目检标准与第一次相同，确保芯片排列整齐和质量合格。这就是LED芯片的制造流程。

编辑：fqj