顯微熱分布測試系統 發布時間：2024-11-13 10:21:45
顯微熱分布測試系統
LED的誕生是現代生活的一大進步，LED在逐漸成長的過程中，伴隨許多失效、故障等問題，然而這些問題的罪魁禍首首指發熱問題，LED的發熱不均往往會成為LED功能降低甚至失效的原因，為此，金鑒采用法國的ULIS非晶硅紅外探測器，通過算法、芯片和圖像傳感技術的改進，打造高精智能化的測試體系,整合出一套顯微熱分布測試系統，價格遠低于由國外同類產品，同樣的功能，但卻有更精確的數據整理系統、更方便的操作體系，正應證了“最好的檢測設備是一線的測試工程師研發出來的！”這句話。
金鑒顯微熱分布測試系統已演化到第四代：配備20um的微距鏡，可用于觀察芯片微米級別的紅外熱分布；通過軟件算法處理，圖像的分辨率高達5um，能看清芯片晶道；高低溫數顯精密控溫系統，可以模擬芯片工作溫度；區域發射率校準軟件設置，以達到精準測溫度的目的；具備人工智能觸發記錄和大數據存儲功能，適合電子行業相關的來料檢驗、研發檢測和客訴處理，以達到企業節省20%的研發和品質支出的目的。
與傳統紅外熱像儀相比，金鑒顯微熱分布測試系統優點顯著：
金鑒顯微熱分布與傳統設備大PK：
金鑒顯微熱分布測試系統能更清晰觀察芯片光熱分布，發現電流擴散不均勻的狀況。
應用領域：
芯片電極設計、芯片來料檢驗、失效分析、燈具熱分布測量、燈具燈珠芯片升溫熱分布動態采集、集成電路失效分析、無損失效分析。
金鑒顯微熱分布測試系統特點：
1. 20μm微距鏡，通過軟件強化像素功能將畫質清晰度提高4倍，圖像分辨率提高至5μm，可用于觀察芯片微米級別的紅外熱分布。
LED芯片是LED產業的最核心器件，芯片溫度過高會嚴重影響LED產品質量； 但芯片及芯片內部的溫度分布一直是檢測難點；金鑒自研發的顯微熱分布測試系統可對LED芯片溫度進行檢測，通過對內部的溫度分布分析，改善設計，提高LED產品質量。金線和正負電極的溫度分布狀況可以為研發人員提供布線設計依據，以及為芯片研發散熱系統提供直觀的芯片熱分布數據。
芯片熱分布圖
2. 模擬器件實際工作溫度進行測試，測試數據更真實有效
LED光源的光熱性能受溫度的影響較大，脫離實際工作溫度所測試的結果準確性較差，甚至毫無意義。而金鑒自主研發的顯微熱分布測試系統配備有高低溫數顯精密控溫平臺，能穩定控制燈珠引腳溫度和基板溫度，模擬模擬器件實際工作溫度進行測試，提供更為真實有效的數據。該測試平臺還配備有水冷降溫系統，在100s內可將平臺溫度由100℃降到室溫，有效解決了樣品臺降溫困難的問題，該系統還可以穩定控制樣品臺溫度維持在0℃-室溫，適用于一些需要保持低溫工作的器件。
3. 1TB超大視頻錄制支持老化測試等長期實時在線監測
金鑒顯微熱分布測試系統的全輻射視頻錄像可以保存每一幀畫面所有像素的溫度數據，支持逐幀分析熱過程和變化，更容易發現和確認真實的溫度值，以及需要進一步檢查的位置。工程師可以利用顯微熱分布測試系統記錄燈具發熱紅外視頻，分析出在不同的工作時間，燈具溫度變化和溫度分布情況，在此基礎，達到分析評估LED燈具散熱效果，尋找異常溫度區域，定位關鍵失效點。
（1）手機可直接錄制1000幀熱像視頻，沒有電腦也能自動采集數據。
（2）自定義采樣速率（最快5幀/秒）。
燈具溫升變化圖
燈珠芯片溫升變化圖
4.熱靈敏度和分辨率高，便于分辨更小的溫差和更小目標，提供更清晰的熱像。
專業測溫，-20℃~650℃寬溫度量程，測溫誤差±2℃或±2%。熱靈敏度0.03℃，便于分辨更小的溫差和更小目標，提供更清晰的熱像。紅外分辨率640x480，若使用算法改進的像素增強功能，可有4倍圖像清晰度，畫質提升為1280x960。
5.支持12個點，12個框和3條線的實時溫度顯示、分析功能，可導出時間溫度曲線、三維溫度圖等測試數據。
時間溫度曲線：
三維溫度圖：
6.手機觸屏操作界面，簡單易學，即開即用。
手機可直接錄制1000幀熱像全輻射視頻；溫變過程實時捕捉；沒有PC也能自動采集數據。
7. 定制化的熱像分析軟件
金鑒定制PC端、APP分析軟件: IR pro、JinJian IR針對LED產業開發的特殊應用功能，人性化的操作界面，更適合LED失效分析、研發測試，糾正多種錯誤測溫方式，開發新的應用領域。具備強大的熱像圖片分析和報告功能，方便做各個維度的溫度數據分析和圖像效果處理。
案例一：
客戶送測LED芯片，委托金鑒在指定電流條件下（30mA、60mA、90mA）進行芯片熱分布測試。其中60mA為額定電流。
點亮條件：30mA、60mA、90mA
環境溫度：20~25℃/40~60%RH
燈珠正常使用時，額定電流為60mA。金鑒通過顯微熱分布測試系統發現，該芯片在額定電流下工作，芯片存在發熱不均勻的現象，其負極靠近芯片邊緣位置溫度比正電極周圍高10度左右。建議改芯片電極設計做適當優化，以提高發光效率和產品穩定性。
該芯片不同電流下（30mA、60mA、90mA）都存在發熱不均的現象，芯片正極區域溫度明顯高于負極區域溫度。當芯片超電流（90mA）使用時，我們發現過多的電流并沒有轉變成為光能，而是轉變成為熱能。
案例二：
某燈具廠家把芯片封裝成燈珠后，做成燈具，在使用一個月后出現個別燈珠死燈現象，委托金鑒查找原因。本案例，金鑒發現該燈具芯片有漏電、燒電極和掉電極的現象，通過自主研發的顯微熱分布測試儀發現芯片正負電極溫差過大，再經過FIB對芯片正負電極切割發現正極Al層過厚和正極下缺乏二氧化硅阻擋層。顯微熱分布測試系統在本案例中，起到定位失效點的關鍵作用。
對漏電燈珠通電光學顯微鏡觀察：
金鑒隨機取1pc漏電燈珠進行化學開封，使用3V/50uA直流電通電測試，發現燈珠存在電流分布不均現象，負極一端處的亮度較高。
對漏電燈珠顯微紅外觀察：
使用金鑒自主研發的顯微熱分布測試系統對同樣漏電芯片表面溫度進行測量，發現芯片正負電極溫度差距很大，
數據顯示如圖，負極電極溫度為129.2℃，正極電極溫度為82.0℃，電極兩端溫差>30℃。
死燈芯片負極金道FIB切割：
根據顯微熱分布測試系統儀的測試數據，金鑒工程師把芯片失效原因定位到芯片自身結構問題上，因此對死燈燈珠芯片靠近負極電極燒毀位置下方的金道做FIB切割，結果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結構，鋁（Al）層與第1層鉻（Cr）層結合良好。芯片負極的鋁層厚度約為100nm。
死燈芯片正極金道FIB切割：
金鑒工程師對死燈燈珠芯片正極金道做FIB切割，結果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結構，金鑒發現：
1.Cr-Al-Cr-Pt層呈現波浪形貌，尤其ITO層呈現波浪形貌，ITO層熔點較低，正極在高溫下，芯片正極ITO-Cr-Al-Cr-Pt層很容易融化脫落，這也是金鑒觀察到前面部分芯片正極脫落的原因。
2.芯片正極的鋁層厚度約為251nm，明顯比負極100nm要厚，而負極和正極Cr-Al-Cr-Pt-Au是同時的蒸鍍濺射工藝，厚度應該一致。
3.在芯片正極金道ITO層下，我們沒有發現二氧化硅阻擋層。而沒有阻擋層恰好導致了正負電極分布電流不均，電極溫差大，造成本案的失效真因。
案例三：委托單位送測LED燈珠樣品，要求使用顯微熱分布測試系統觀察燈珠在不同電流下表面溫度的變化情況。
對大尺寸的倒裝芯片進行觀察：
開始時樣品電流為1A，此時芯片表面溫度約134℃；一段時間后，電流降低到800mA，溫度在切換電流后的2s內，溫度下降到125℃，隨后逐漸下降到115℃達到穩定；緊接著再把電流降低到500mA，10s后，溫度從115℃下降到91℃。
對小尺寸的倒裝芯片進行觀察：
樣品在300mA下穩定時，芯片表面溫度約為68℃；電流增加到500mA，10s后溫度上升到99℃；隨后把電流降低到200mA，13s后溫度下降到57℃，此時把電流增加到400mA，芯片表面溫度逐漸上升，在20s后溫度達到穩定，此時溫度約為83℃；最后把電流降低到100mA后，溫度逐漸下降。
案例四：分析固晶工藝
1. 某公司燈珠發生死燈，開封后可以觀察到外延層燒毀、金道燒毀、電極脫落。
2.進一步對失效品燈珠進行金相切片，可以觀察到失效品燈珠芯片與固晶膠存在剝離現象。（備注：固晶膠采用的導熱絕緣膠）
3. 進一步取固晶膠剝離與未剝離的燈珠芯片，使用金鑒實驗室自主研發的熱分布測試儀，對固晶膠剝離與未剝離芯片進行熱分布測試比對，比對結果如下圖所示：
結果顯示：固晶膠剝離燈珠芯片表面溫度比未剝離芯片表面溫度高約110℃，溫度相差極大。分析原因，固晶膠脫落導致熱量無法通過燈珠支架順利傳導出去，造成芯片周圍環境溫度變高，燈珠芯片溫度升高。該芯片負極區域發熱量大，芯片工作環境溫度升高時，芯片負極區容易出現溫度過高燒毀。
案例五：判定多芯片燈珠發熱情況
客戶送測LED燈珠，委托金鑒進行燈珠體檢，幫助提升其產品性能和質量。
顯微熱分布測試燈珠芯片熱分布：
從熱分布圖中我們發現，該燈珠兩顆芯片發熱量不一致，A芯片表面溫度為61.4℃，B芯片表面溫度為70.7℃，溫度相差9.3℃，這種情況將會嚴重影響燈珠性能及可靠性。其原因是：LED芯片較小的電壓波動會產生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現一個燈珠內兩顆芯片熱功率出現差異?？蛻翎槍Υ朔N情況，加強對來料芯片電壓分BIN的卡控后，杜絕了該種異常現象，其燈珠性能及可靠性得到大大提高。
案例六：顯示屏熱分布監測
PCB板大屏顯示模組存在過熱區，過熱區亮度會偏低，高溫還會加速LED光源的老化，熱分布不均勢必會造成發光不均，影響顯示模組清晰度。在顯示屏分辨率快速提升的當下，光熱分布不均已成為制約LED顯示屏清晰度的最大因素。因此，提升LED顯示屏光熱分布均勻性對提高當下LED顯示屏清晰度，意義重大！
案例七：定位電源失效區域
委托單位電源出現失效現象，委托金鑒查找電源失效原因。在該案例中，金鑒使用顯微紅外熱分布測試系統對電源進行測試，發現電源結構中的R5電阻在使用時發熱嚴重，經測溫發現該電阻溫度高達90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時最佳工作溫度在70℃以下，而該電源中R5碳膜電阻在90℃溫度下滿載工作，長期使用過程中導致R5電阻失效。
案例八：電源失效分析
委托單位反饋該款電源在使用約一年時間后出現燒毀失效，委托金鑒查找電源失效原因。
金鑒使用顯微紅外熱分布測試系統對電源進行溫度測試，碳膜電阻R9溫度高達157.4℃，熱敏電阻溫度為101.0℃。一般建議碳膜電阻的最佳工作溫度為70℃以下，熱敏電阻的工作溫度在120℃以內，而該電源中碳膜電阻在157.4℃溫度下滿載工作，因此工程師迅速鎖定了該異常點。
（1）實測尺寸：I=15.84mm；D=5.3mm ； H=22.3mm。
（2）參照電阻色環可知碳膜電阻R9阻值為68kΩ±5%。
（3）根據電阻尺寸與額定功率的關系可知，該碳膜電阻R9的額定功率為2W，進而由歐姆定律P=U2/R可推算出其額定電壓為369V。
由于碳膜電阻R9的實測工作溫度為157.4℃，根據如下電力減輕曲線可知，155℃溫度下的實際使用功率應為額定功率的5%左右，即0.1W左右，根據歐姆定律P=U2/R推算在155℃溫度下可以使用的實際額定電壓U=82V。而實際使用碳膜電阻R9的電壓為366V，說明碳膜電阻R9處于超負荷使用狀態，長期超負荷使用可能導致電阻值出現漂移，進而造成同一回路中的其他器件燒毀，發生電源燒毀失效。
對正常電源和燒毀電源中的碳膜電阻進行電阻測試，結果顯示：正常電源碳膜電阻阻值為67.5kΩ，燒毀的電源同一回路中的碳膜電阻阻值為88.3kΩ，證實碳膜電阻阻值已出現漂移。
電阻參數在高溫下出現漂移，長期使用會影響電阻的壽命和可靠性，建議委托單位優化電源設計，避免電源器件在高溫下長期超負荷使用。
案例九：半導體激光器顯微熱分析
使用金鑒實驗室自研的顯微熱分布測試系統可以分析半導體激光器的封裝熱特性以便加強熱管理，提高器件的可靠性和穩定性。
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