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

Os autores gentilmente reconhecer o apoio financeiro do &quot;Akademische Gesellschaft Lippstadt&quot;, bem como a partir do &quot;Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen&quot;. Fotografias das Figuras 1, 2 e 5 de cortesia ao Markus Horstmann, Universidade Hamm-Lippstadt de Ciências Aplicadas.

Preparação 1. Amostra de raios-X Tomografia Computadorizada (CT) <ol><li> Amostra de cola (seção de materiais cf. LED) para um Ø bar fibra de carbono oca 2 milímetros de comprimento adequado usando adesivo hot-melt. </li><li> posição do espécime ajustar usando uma pistola de ar quente, se necessário. Fixar a amostra na câmara CT-amostra, utilizando o mandril de três mandíbula. </li></ol> Setup 2. CT Medição <ol><li> Realizar procedimentos warmup e centragem de acordo c...

<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>

As vantagens desta abordagem multimodal consistem na correlação dependente da localização dos dados adquiridos. A abordagem multimodal descrito aqui deve ser contrastado em análises posteriores com cada técnica separadamente. Por exemplo, as propriedades de luminescência visíveis no LM pode ser ligada a composições, como detectado usando SEM / EDS. As informações volume obtido pelo CT pode ser estendido com em análises aprofundadas de secções transversais preparadas de forma orientada. dados CT também pe...

Este artigo demonstra o potencial e as vantagens de uma combinação de tomografia de raios-X computadorizada (TC) com luz correlativa e microscopia eletrônica (CLEM) para o exemplar na caracterização profundidade de diodos emissores de luz (LED). Com esta técnica é possível programar o micro preparação do diodo emissor de luz de tal forma que, enquanto uma secção transversal podem ser visualizados microscopicamente a funcionalidade eléctrica é preservada no restante da amostra. O procedimento tem várias características únicas: em primeiro lugar, o micro preparação planejada pela ajuda do volume prestado de toda a amostra obtida por CT; em segundo lugar, a observação do diodo emissor de luz por microscopia de luz (ML) com a variedade completa de técnicas de imagem disponíveis (brilhante e de campo escuro, contraste de polarização, etc.); em terceiro lugar, a observação do LED em operação por LM; Em quarto lugar, a observação de regiões idênticas com toda a variedade de técnicas de imagem de microscopia electrónica compreendendo e secundárioLectron (SE) e imagiologia de electrões retrodifusão (EEB), assim como a espectroscopia de dispersão de energia de fluorescência de raios-X (EDX). LEDs para aplicações de iluminação está concebido para emitir luz branca, embora em certas aplicações a variabilidade de cor pode ser favorável. Esta larga de emissão não podem ser alcançados por emissão de um composto de semicondutores, uma vez que os LEDs emitem radiação de uma banda espectral estreita (cerca de 30 largura total a metade máxima nm (FWHM)). Portanto luz LED branco é comumente gerado pela combinação de um LED azul com os fósforos que convertem a radiação de curto comprimento de onda na emissão ampla sobre uma grande faixa espectral 1. Variável cor do LED soluções costumam fazer uso de pelo menos três primárias, que geralmente resulta em preços de mercado mais elevados. 2 O uso de qualquer das CT, LM ou SEM é, naturalmente, bem estabelecida (por exemplo, em análise de falhas para os LEDs 3 - 15), no entanto, ocombinação abrangente e intencional de todas as três técnicas descritas aqui podem oferecer novas perspectivas e permitirá faixas mais rápidas para os resultados de caracterização significativas. De 3D análise microestrutural do dispositivo embalado em CT as regiões de interesse (ROI) podem ser identificados e seleccionados. Com este método não destrutivo, as ligações eléctricas podem também ser identificados e considerados para posterior preparação. A preparação precisa de uma secção transversal 2D permite investigações de o dispositivo em operação, apesar da natureza destrutiva do presente método. A secção transversal pode agora ser caracterizado por CLEM 16,17 que permite uma caracterização muito eficiente e flexível de ROIs idêntica com LM, bem como SEM. Por esta abordagem, as vantagens de ambas as técnicas de microscopia pode ser combinado. Por exemplo, uma identificação rápida de ROIs no LM é seguido por processamento de imagem de alta resolução na SEM. Mas, além disso, a correlação da informação a partir deLM (por exemplo, cor, propriedades ópticas, distribuição de partículas) com a visualização e técnicas de análise de SEM (por exemplo, tamanho de partícula, morfologia da superfície, distribuição elemento) permite uma mais profunda compreensão do comportamento funcional e microestrutura dentro de um diodo emissor de luz branca.

<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.

O diodo emissor de luz é caracterizada mostrado na Figura 1. É um branco emissores de luz LED com um tamanho de lasca de 1 x 1 mm2 e um conversor de cor luminescente parcialmente cerâmica. Colando o diodo emissor de luz numa posição ligeiramente inclinada sobre uma barra de fibra de carbono evita artefactos causados ​​pela CT de simetria da amostra (Figura 2). Os resultados da medição CT permitir planear a posição da secção tran...

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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

Um fluxo de trabalho para abrangente micro-caracterização de dispositivos ópticos ativos é descrito. Ele contém investigações estruturais, bem como funcionais por meio de CT, LM e SEM. O método é demonstrado por um LED branco, que pode ser ainda ser operada durante caracterização.

Em análises profundidade de LEDs por uma combinação de raios-X Tomografia Computadorizada (CT) e Microscopia de Luz (LM) correlacionada com Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

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)

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