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
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Los autores reconocen la amabilidad de apoyo financiero de la &quot;Akademische Gesellschaft Lippstadt&quot;, así como de la &quot;Ministerium für Innovación, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen&quot;. Las fotografías de las Figuras 1, 2 y 5 de cortesía a Markus Horstmann, de la Universidad de Hamm-Lippstadt de Ciencias Aplicadas.

1. Preparación de muestras para rayos X de tomografía computarizada (TC) <ol><li> Muestra de pegamento (cf. sección de materiales LED) a una barra de fibra de carbono Ø hueco 2 mm de longitud apropiada utilizando un adhesivo de fusión en caliente. </li><li> Ajustar la posición de la muestra mediante el uso de una pistola de aire caliente si es necesario. Fijar la muestra en la cámara CT-muestra usando el mandril de tres mordazas. </li></ol> 2. Medición de configuración CT <o...

<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>

Las ventajas de este enfoque consisten en multimodal en la correlación dependiente de la ubicación de los datos adquiridos. El enfoque multimodal descrito aquí debe ser contrastada en los análisis posteriores con cada técnica por separado. Por ejemplo, las propiedades de luminiscencia visible en LM se pueden enlazar a las composiciones tal como se detecta mediante SEM / EDS. La información sobre el volumen obtenido mediante TC se puede ampliar con los análisis en profundidad de las secciones transversales prepara...

En este artículo se demuestra el potencial y las ventajas de una combinación de computarizada de rayos X de tomografía computarizada (TC) con la luz y microscopía electrónica correlativa (CLEM) para la caracterización ejemplar en profundidad de diodos emisores de luz (LED). Con esta técnica es posible planificar la preparación micro del LED de tal manera que mientras que una sección transversal se pueden obtener imágenes microscópicamente la funcionalidad eléctrica se conserva en el resto de la muestra. El procedimiento tiene varias características únicas: en primer lugar, el micro preparación prevista por la ayuda de la representación en volumen de toda la muestra obtenida por TC; en segundo lugar, la observación del LED mediante microscopía óptica (LM) con la variedad completa de las técnicas de imagen disponibles (claro y campo oscuro, contraste de polarización, etc.); En tercer lugar, la observación del LED en funcionamiento por LM; en cuarto lugar, la observación de las regiones idénticas con toda la variedad de técnicas de imagen de microscopía electrónica que comprende e secundariaLectron (SE) y las imágenes de electrones retrodispersión (BSE), así como la espectroscopia de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva (EDX). LED para aplicaciones de iluminación están diseñados para emitir luz blanca, aunque en ciertas aplicaciones de la variabilidad de color puede ser favorable. Esta emisión amplio no puede ser alcanzado por la emisión de un semiconductor compuesto, ya que los LED emiten radiación en una banda espectral estrecha (alrededor de 30 nm de ancho total medio máximo (FWHM)). Por lo tanto, la luz LED blanco se genera habitualmente por la combinación de un LED azul con los fósforos que convierten la radiación de onda corta en ancha de emisión en un amplio rango espectral 1. Color variable LED soluciones suelen hacer uso de al menos tres primarios, que generalmente se traduce en mayores precios de mercado. 2 El uso de cualquiera de TC, LM o SEM es, por supuesto, bien establecida (por ejemplo, en el análisis de fallos para los LED 3 - 15), sin embargo, lacombinación completa y con propósito de las tres técnicas descritas aquí pueden ofrecer nuevas perspectivas y permitirá a las pistas más rápidas hacia resultados de la caracterización significativas. De 3D análisis microestructural del dispositivo empaquetado en CT se pueden identificar y seleccionar las regiones de interés (ROI). Con este método no destructivo, las conexiones eléctricas también pueden ser identificados y considerados para su posterior elaboración. La preparación precisa de una sección transversal en 2D permite investigaciones del dispositivo en funcionamiento a pesar de la naturaleza destructiva de este método. La sección transversal puede ahora ser caracterizado por CLEM 16,17 que permite una caracterización muy eficiente y flexible de ROIs idéntica con LM, así como SEM. Por este método, las ventajas de ambas técnicas de microscopía se pueden combinar. Por ejemplo, una rápida identificación de regiones de interés en la LM es seguido por imágenes de alta resolución en el SEM. Pero por otra parte, la correlación de la información dela LM (por ejemplo, color, propiedades ópticas, la distribución de partículas) con las técnicas de visualización y análisis de la SEM (por ejemplo, tamaño de partícula, morfología de la superficie, distribución de elementos) permite una comprensión más profunda de la conducta funcional y microestructura dentro de un LED blanco.

<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.

El LED caracterizado se muestra en la Figura 1. Es un blanco que emite LED con un tamaño de la viruta de 1 x 1 mm 2 y un convertidor de color luminiscente parcialmente cerámica. Pegado de la LED en una posición ligeramente inclinada sobre una barra de fibra de carbono evita los artefactos causados ​​por la simetría de TC muestra (Figura 2). Los resultados de la medición CT permiten para la planificación de la posición de la sección...

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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 flujo de trabajo para la amplia micro-caracterización de dispositivos ópticos activos se perfila. Contiene investigaciones estructurales, así como funcionales por medio de TC, LM y SEM. El método se demostró por un LED blanco que puede ser todavía ser operado durante la caracterización.

Los análisis en profundidad de los LEDs mediante una combinación de rayos-X de tomografía computarizada (TC) y la microscopía de luz (LM) correlacionado con microscopía electrónica de barrido (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)

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