Name: in depth analyses of leds by a combination of x-ray computed tomography (ct) and light microscopy (lm) correlated with scanning electron microscopy (sem)
Uploaded: 2016-06-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM at JoVE.co

Gli autori cortesemente accusare il sostegno finanziario della &quot;Gesellschaft Akademische Lippstadt&quot;, così come dal &quot;Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen&quot;. Le fotografie nelle figure 1, 2 e 5 di cortesia Markus Horstmann, Hamm-Lippstadt Università di Scienze Applicate.

Preparazione 1. Esempio per raggi X Tomografia Computerizzata (TC) <ol><li> Campione Glue (sezione materiali cfr LED) a 2 mm in fibra di carbonio cava Ø di lunghezza appropriata utilizzando colla a caldo. </li><li> Regolare la posizione di campione utilizzando una pistola ad aria calda, se necessario. Fissare il campione nella camera di CT-campione utilizzando il mandrino a tre griffe. </li></ol> Setup 2. CT Misura <ol><li> Eseguire le procedure di riscaldamento e di centraggio e se...

<ol>
	<li>Mueller-Mach, R., Mueller, G. O., Krames, M. R., Trottier, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-power+phosphor-converted+light-emitting+diodes+based+on+III-Nitrides.">High-power phosphor-converted light-emitting diodes based on III-Nitrides.</a> IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8 (2), 339-345 (2002).</li><li>Branas, C., Azcondo, F. J., Alonso, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-State+Lighting:+A+System+Review.">Solid-State Lighting: A System Review.</a> IEEE Ind. Electron. Mag. 7 (4), 6-14 (2013).</li><li>Chang, M. -. H., Das, D., Varde, P. V., Pecht, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+emitting+diodes+reliability+review.">Light emitting diodes reliability review.</a> Microelectron. Reliab. 52 (5), 762-782 (2012).</li><li>Ayodha, T., Han, H. S., Kim, J., Kim, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+chip+die+bonding+on+thermal+resistance+of+high+power+LEDs.">Effect of chip die bonding on thermal resistance of high power LEDs.</a> Intersoc. Conf. Therm. Thermomechanical Phenom. Electron. Syst. ITHERM. , 957-961 (2012).</li><li>Cason, M., Estrada, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+X-ray+MicroCT+for+non-destructive+failure+analysis+and+package+construction+characterization.">Application of X-ray MicroCT for non-destructive failure analysis and package construction characterization.</a> Proc. Int. Symp. Phys. Fail. Anal. Integr. Circuits, IPFA. , (2011).</li><li>Chen, R., Zhang, Q., Peng, T., Jiao, F., Liu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Failure+analysis+techniques+for+high+power+light+emitting+diodes.">Failure analysis techniques for high power light emitting diodes.</a> 2011 12th Int. Conf. Electron. Packag. Technol. High Density Packag. , 1-4 (2011).</li><li>Chen, Z., Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+on+the+reliability+of+application-specific+led+package+by+thermal+shock+testing,+failure+analysis,+and+fluid-solid+coupling+thermo-mechanical+simulation.">Study on the reliability of application-specific led package by thermal shock testing, failure analysis, and fluid-solid coupling thermo-mechanical simulation.</a> IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 2 (7), 1135-1142 (2012).</li><li>Luniak, M., Holtge, H., Brodmann, R., Wolter, K. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Characterization+of+Electronic+Packages+with+Confocal+Microscopy.">Optical Characterization of Electronic Packages with Confocal Microscopy.</a> 2006 1st Electron. Syst. Technol. Conf. 2 (16), 1813-1815 (2006).</li><li>Marks, M. R., Hassan, Z., Cheong, K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+Methods+for+Ultrathin+Wafer+and+Die+Quality:+A+Review.">Characterization Methods for Ultrathin Wafer and Die Quality: A Review.</a> IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (12), 2042-2057 (2014).</li><li>Rosc, J., Hammer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+assessment+of+contact+wires+in+LED-devices+using+in+situ+X-ray+computed+tomography+and+thermo-mechanical+simulations.">Reliability assessment of contact wires in LED-devices using in situ X-ray computed tomography and thermo-mechanical simulations.</a> Proc. 5th Electron. Syst. Technol. Conf. , 1-6 (2014).</li><li>Zhaohui, C., Qin, Z., Kai, W., Xiaobing, L., Sheng, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+test+and+failure+analysis+of+high+power+LED+packages.">Reliability test and failure analysis of high power LED packages.</a> J. Semicond. 32 (1), 014007 (2011).</li><li>Hamon, B., Bataillou, B., Hamon, B., Mendizabal, L., Gasse, A., Feuillet, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=N-contacts+degradation+analysis+of+white+flip+chip+LEDs+during+reliability+tests.">N-contacts degradation analysis of white flip chip LEDs during reliability tests.</a> 2014 IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. , FA.1.1-FA.1.6 (2014).</li><li>Tsai, M. -. Y., Tang, C. -. Y., Yen, C. -. Y., Chang, L. -. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bump+and+Underfill+Effects+on+Thermal+Behaviors+of+Flip-Chip+LED+Packages:+Measurement+and+Modeling.">Bump and Underfill Effects on Thermal Behaviors of Flip-Chip LED Packages: Measurement and Modeling.</a> IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 14 (1), 161-168 (2014).</li><li>Wang, F. -. K., Lu, Y. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Useful+lifetime+analysis+for+high-power+white+LEDs.">Useful lifetime analysis for high-power white LEDs.</a> Microelectron. Reliab. 54 (6-7), 1307-1315 (2014).</li><li>Liu, Y., Zhao, J., Yuan, C. C. -. A., Zhang, G. Q., Sun, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-on-Flexible+Packaging+for+High-Power+Flip-Chip+Light-Emitting+Diode+by+AuSn+and+SAC+Soldering.">Chip-on-Flexible Packaging for High-Power Flip-Chip Light-Emitting Diode by AuSn and SAC Soldering.</a> IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 4 (11), 1754-1759 (2014).</li><li>Thomas, C., Edelmann, M., Lysenkov, D., Hafner, C., Bernthaler, T., Schneider, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlative+Light+and+Electron+Microscopy+(CLEM)+for+Characterization+of+Lithium+Ion+Battery+Materials.">Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM) for Characterization of Lithium Ion Battery Materials.</a> Microsc. Microanal. 16, 784-785 (2010).</li><li>Thomas, C., Ogbazghi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlative+Microscopy+of+Optical+Materials.">Correlative Microscopy of Optical Materials.</a> Imaging &amp; Microscopy. 3, 32-34 (2014).</li></ol>

I vantaggi di questo approccio multimodale consistono nella correlazione posizione-dipendente dei dati acquisiti. L&#39;approccio multimodale qui descritto deve essere contrastato in analisi successive con ogni tecnica separatamente. Ad esempio, proprietà di luminescenza visibili in LM possono essere collegati a composizioni come rilevato mediante SEM / EDS. Le informazioni sul volume ottenuto dalla CT può essere esteso in modo approfondito le analisi di sezioni trasversali preparate in modo mirato. dati CT permettono...

Questo articolo dimostra le potenzialità e vantaggi di una combinazione di raggi X tomografia computerizzata (CT) con la luce correlativa e microscopia elettronica (CLEM) per l&#39;esemplare approfondita caratterizzazione di diodi emettitori di luce (LED). Con questa tecnica è possibile progettare il micro preparazione del LED in modo tale che, mentre una sezione trasversale può essere ripreso microscopicamente la funzionalità elettrica è conservato nel resto del campione. La procedura ha diverse caratteristiche uniche: in primo luogo, il micro preparazione previsto dagli aiuti del volume reso dell&#39;intero campione ottenuto dalla CT; in secondo luogo, l&#39;osservazione del LED al microscopio ottico (LM) con la completa varietà di tecniche di imaging disponibili (luminoso e campo scuro, contrasto di polarizzazione, ecc); In terzo luogo, l&#39;osservazione dei LED in funzione per LM; in quarto luogo, l&#39;osservazione delle regioni identici con la piena varietà di tecniche di imaging microscopia elettronica che comprende secondaria eLectron (SE) e l&#39;imaging di nuovo dispersione di elettroni (BSE), così come a dispersione di energia dei raggi X spettroscopia di fluorescenza (EDX). LED per applicazioni di illuminazione sono progettati per emettere luce bianca, anche se in alcune applicazioni la variabilità del colore può essere favorevole. Questa emissione ampia non può essere raggiunto emissioni da un semiconduttore composto, poiché i LED emettono radiazione in una stretta banda spettrale (circa 30 nm larghezza metà del massimo (FWHM)). Pertanto luce bianca a LED è comunemente generato dalla combinazione di un LED blu con fosfori che convertono la radiazione a onde corte in emissione ampia su una vasta gamma spettrale 1. Variabile colore del LED soluzioni di solito fanno uso di almeno tre primari, che si traduce in generale dei prezzi di mercato più elevati. 2 L&#39;uso di entrambi i CT, LM o SEM è naturalmente ben consolidata (ad esempio, in analisi dei guasti per i LED 3 - 15), ma lacombinazione completa e mirata di tutte e tre le tecniche descritte qui può offrire nuove intuizioni e permetterà le tracce più velocemente verso i risultati di caratterizzazione significativi. Da analisi 3D microstrutturale del dispositivo confezionato in CT regioni di interesse (ROI) possono essere identificati e selezionati. Con questo metodo non distruttivo, connessioni elettriche possono essere identificate e considerati per ulteriore preparazione. La preparazione precisa di una sezione trasversale 2D permette indagini del dispositivo in funzione nonostante la natura distruttiva di questo metodo. La sezione trasversale può essere caratterizzata da CLEM 16,17 che consente una caratterizzazione molto efficiente e flessibile della ROI identico LM e SEM. Con questo approccio, i vantaggi di entrambe le tecniche di microscopia possono essere combinate. Ad esempio, una rapida individuazione della ROI nel LM è seguito da immagini ad alta risoluzione nel SEM. Ma, inoltre, la correlazione delle informazioni daLM (ad esempio, il colore, proprietà ottiche, distribuzione delle particelle) con le visualizzazione e analisi tecniche del SEM (ad esempio, dimensione delle particelle, la morfologia di superficie, la distribuzione degli elementi) permette una maggiore comprensione comportamento funzionale e microstruttura di un LED bianco.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">X-Ray Computer Tomograph</td>
			<td style="width:119px;">General Electric</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td style="width:239px;">type: nanotom s research edition</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:263px;">acquisition software</td>
			<td style="width:119px;">General Electric</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:263px;">reconstruction software</td>
			<td style="width:119px;">General Electric</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">rendering software</td>
			<td style="width:119px;">Volume Graphics</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>VGStudio Max 2.2 and corresponding manual</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">grinder (manual)</td>
			<td style="width:119px;">Struers</td>
			<td align="right" style="width:139px;">5296327</td>
			<td>Labopol 21</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">sample holder</td>
			<td style="width:119px;">Struers</td>
			<td align="right" style="width:139px;">4886102</td>
			<td>UniForce</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">grinder (automated)</td>
			<td style="width:119px;">Struers</td>
			<td align="right" style="width:139px;">6026127</td>
			<td>Tegramin 25</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:263px;">epoxy resin/hardener</td>
			<td style="width:119px;">Struers</td>
			<td style="width:139px;">40200030/40200031</td>
			<td>Epoxy fix resin / Epoxy fix hardener</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Ethanol</td>
			<td style="width:119px;">Struers</td>
			<td align="right" style="width:139px;">950301</td>
			<td>Kleenol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Light Microscope</td>
			<td style="width:119px;">Zeiss</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>Axio Imager M2m&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Electron Microscope</td>
			<td style="width:119px;">Zeiss</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">CLEM software</td>
			<td style="width:119px;">Zeiss</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>Axio Vision SE64 Rel.4.9 and corresponding manual</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">CLEM sample holder</td>
			<td style="width:119px;">Zeiss</td>
			<td style="width:139px;">432335-9101-000</td>
			<td>Specimen holder CorrMic MAT Universal B</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">SEM Adapter for CLEM sample holder</td>
			<td style="width:119px;">Zeiss</td>
			<td style="width:139px;">432335-9151-000</td>
			<td>SEM Adapter for Specimen holder CorrMic MAT Universal B</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">sputter coater</td>
			<td style="width:119px;">Quorum</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>Q150TES</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">EDS detector</td>
			<td style="width:119px;">R&#246;ntec</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>X-Flash 1106</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">solder</td>
			<td style="width:119px;">Stannol</td>
			<td align="right" style="width:139px;">535251</td>
			<td>type: HS10</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">LED</td>
			<td style="width:119px;">Lumileds</td>
			<td style="width:139px;">not applicable</td>
			<td>LUXEON Rebel warm white, research sample</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in depth analyses of leds by a combination of x-ray computed tomography (ct) and light microscopy (lm) correlated with scanning electron microscopy (sem)

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.

Il LED caratterizzato è mostrato in Figura 1. Si tratta di un bianco LED che emette con una dimensione Chip di 1 x 1 mm 2 ed un convertitore di colore luminescente parzialmente ceramica. Incollare il LED in posizione leggermente inclinata su un bar in fibra di carbonio evita artefatti CT causati dalla simmetria del campione (Figura 2). I risultati della misurazione CT consentono per programmare la posizione della sezione trasversale del campi...

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In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

Un flusso di lavoro per la completa micro-caratterizzazione di dispositivi ottici attivi è delineato. Esso contiene le indagini strutturali e funzionali per mezzo di CT, LM e SEM. Il metodo è dimostrata per un LED bianco, che può essere ancora essere azionato durante la caratterizzazione.

In analisi di profondità di LED da una combinazione di raggi X Tomografia Computerizzata (TC) e microscopia ottica (LM) correlata con microscopia elettronica a scansione (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Research

JoVE Journal

Engineering

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

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