顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)

　　LED的誕生是現(xiàn)代生活的一大進(jìn)步，LED在逐漸成長(zhǎng)的過(guò)程中，伴隨許多失效、故障等問(wèn)題，然而這些問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)资字赴l(fā)熱問(wèn)題，LED的發(fā)熱不均往往會(huì)成為L(zhǎng)ED功能降低甚至失效的原因，為此，金鑒實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合英國(guó)GMATG公司聯(lián)合推出顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng),采用法國(guó)ULIS的非晶硅紅外探測(cè)器，通過(guò)算法、芯片和圖像傳感技術(shù)的改進(jìn)，打造高精智能化的測(cè)試體系,整合出一套顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)，價(jià)格遠(yuǎn)低于由國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，同樣的功能，但卻有更精確的數(shù)據(jù)整理系統(tǒng)、更方便的操作體系，正應(yīng)證了“最好的檢測(cè)設(shè)備是一線的測(cè)試工程師研發(fā)出來(lái)的！”這句話。

　　金鑒顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)已演化到第五代：配備20um的微距鏡，可用于觀察芯片微米級(jí)別的紅外熱分布；通過(guò)軟件算法處理，圖像的分辨率高達(dá)5um，能看清芯片晶道；高低溫?cái)?shù)顯精密控溫系統(tǒng)，可以模擬芯片工作溫度；區(qū)域發(fā)射率校準(zhǔn)軟件設(shè)置，根據(jù)被測(cè)物上的不同材質(zhì)，設(shè)置不同發(fā)射率，才能得到最真實(shí)的溫度值；具備人工智能觸發(fā)記錄和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，適合電子行業(yè)相關(guān)的來(lái)料檢驗(yàn)、研發(fā)檢測(cè)和客訴處理，以達(dá)到企業(yè)節(jié)省20%的研發(fā)和品質(zhì)支出的目的。

　　金鑒顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)，空間分辨率5μm，0.03℃溫度分辨率,建有演示實(shí)驗(yàn)室,提供評(píng)估測(cè)試服務(wù)顯微熱成像MEMS,電子器件,激光器件,LED,傳感器,氮化鎵,SIC,IGBT等等微小樣品。

　　金鑒實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合英國(guó)GMATG公司設(shè)立儀器研發(fā)中心，自主研發(fā)的主要設(shè)備有顯微顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)、顯微紅外定位系統(tǒng)和激光開(kāi)封系統(tǒng)。產(chǎn)品獲得中科院、暨南大學(xué)、南昌大學(xué)、華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、士蘭明芯、清華同方、華燦光電、三安光電、三安集成、天電光電、瑞豐光電等高校科研院所和上市公司的廣泛使用，廣受老師和科研人員普遍贊譽(yù)。性能卓著，值得信賴(lài)。

　　與傳統(tǒng)紅外熱像儀相比，金鑒顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)顯著：

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　　金鑒顯微熱分布與傳統(tǒng)設(shè)備大PK：

　　金鑒顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)能更清晰觀察芯片光熱分布，發(fā)現(xiàn)電流擴(kuò)散不均勻的狀況。

　　應(yīng)用領(lǐng)域：

　　芯片電極設(shè)計(jì)、芯片來(lái)料檢驗(yàn)、失效分析、燈具熱分布測(cè)量、燈具燈珠芯片升溫?zé)岱植紕?dòng)態(tài)采集、集成電路失效分析、無(wú)損失效分析。

　　金鑒顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)：

　　1. 20μm微距鏡，通過(guò)軟件強(qiáng)化像素功能將畫(huà)質(zhì)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(jí)別的紅外熱分布。

　　LED芯片是LED產(chǎn)業(yè)的最核心器件，芯片溫度過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響LED產(chǎn)品質(zhì)量； 但芯片及芯片內(nèi)部的溫度分布一直是檢測(cè)難點(diǎn)；金鑒自研發(fā)的顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)LED芯片溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)內(nèi)部的溫度分布分析，改善設(shè)計(jì)，提高LED產(chǎn)品質(zhì)量。金線和正負(fù)電極的溫度分布狀況可以為研發(fā)人員提供布線設(shè)計(jì)依據(jù)，以及為芯片研發(fā)散熱系統(tǒng)提供直觀的芯片熱分布數(shù)據(jù)。

　　芯片熱分布圖

　　2. 模擬器件實(shí)際工作溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)更真實(shí)有效

　　LED光源的光熱性能受溫度的影響較大，脫離實(shí)際工作溫度所測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確性較差，甚至毫無(wú)意義。而金鑒自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)配備有高低溫?cái)?shù)顯精密控溫平臺(tái)，能穩(wěn)定控制燈珠引腳溫度和基板溫度，模擬模擬器件實(shí)際工作溫度進(jìn)行測(cè)試，提供更為真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。該測(cè)試平臺(tái)還配備有水冷降溫系統(tǒng)，在100s內(nèi)可將平臺(tái)溫度由100℃降到室溫，有效解決了樣品臺(tái)降溫困難的問(wèn)題，該系統(tǒng)還可以穩(wěn)定控制樣品臺(tái)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(cè)試等長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)

　　金鑒顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)的全輻射視頻錄像可以保存每一幀畫(huà)面所有像素的溫度數(shù)據(jù)，支持逐幀分析熱過(guò)程和變化，更容易發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)真實(shí)的溫度值，以及需要進(jìn)一步檢查的位置。工程師可以利用顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)記錄燈具發(fā)熱紅外視頻，分析出在不同的工作時(shí)間，燈具溫度變化和溫度分布情況，在此基礎(chǔ)，達(dá)到分析評(píng)估LED燈具散熱效果，尋找異常溫度區(qū)域，定位關(guān)鍵失效點(diǎn)。

　?。?）手機(jī)可直接錄制1000幀熱像視頻，沒(méi)有電腦也能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。

　?。?）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(biāo)，提供更清晰的熱像。

　　專(zhuān)業(yè)測(cè)溫，-20℃~650℃寬溫度量程，測(cè)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(biāo)，提供更清晰的熱像。紅外分辨率640x480，若使用算法改進(jìn)的像素增強(qiáng)功能，可有4倍圖像清晰度，畫(huà)質(zhì)提升為1280x960。

　　5.支持12個(gè)點(diǎn)，12個(gè)框和3條線的實(shí)時(shí)溫度顯示、分析功能，可導(dǎo)出時(shí)間溫度曲線、三維溫度圖等測(cè)試數(shù)據(jù)。

　　時(shí)間溫度曲線：

　　三維溫度圖：

　　6.手機(jī)觸屏操作界面，簡(jiǎn)單易學(xué)，即開(kāi)即用。

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　　手機(jī)可直接錄制1000幀熱像全輻射視頻；溫變過(guò)程實(shí)時(shí)捕捉；沒(méi)有PC也能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。

　　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(duì)LED產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的特殊應(yīng)用功能，人性化的操作界面，更適合LED失效分析、研發(fā)測(cè)試，糾正多種錯(cuò)誤測(cè)溫方式，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。具備強(qiáng)大的熱像圖片分析和報(bào)告功能，方便做各個(gè)維度的溫度數(shù)據(jù)分析和圖像效果處理。

　　案例一：

　　客戶(hù)送測(cè)LED芯片，委托金鑒在指定電流條件下（30mA、60mA、90mA）進(jìn)行芯片熱分布測(cè)試。其中60mA為額定電流。

　　點(diǎn)亮條件：30mA、60mA、90mA

　　環(huán)境溫度：20~25℃/40~60%RH

　　不同加載電流下芯片熱分布對(duì)比圖

　　燈珠正常使用時(shí)，額定電流為60mA。金鑒通過(guò)顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，該芯片在額定電流下工作，芯片存在發(fā)熱不均勻的現(xiàn)象，其負(fù)極靠近芯片邊緣位置溫度比正電極周?chē)?0度左右。建議改芯片電極設(shè)計(jì)做適當(dāng)優(yōu)化，以提高發(fā)光效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

　　該芯片不同電流下（30mA、60mA、90mA）都存在發(fā)熱不均的現(xiàn)象，芯片正極區(qū)域溫度明顯高于負(fù)極區(qū)域溫度。當(dāng)芯片超電流（90mA）使用時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)過(guò)多的電流并沒(méi)有轉(zhuǎn)變成為光能，而是轉(zhuǎn)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(gè)月后出現(xiàn)個(gè)別燈珠死燈現(xiàn)象，委托金鑒查找原因。本案例，金鑒發(fā)現(xiàn)該燈具芯片有漏電、燒電極和掉電極的現(xiàn)象，通過(guò)自主研發(fā)的顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫差過(guò)大，再經(jīng)過(guò)FIB對(duì)芯片正負(fù)電極切割發(fā)現(xiàn)正極Al層過(guò)厚和正極下缺乏二氧化硅阻擋層。顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)在本案例中，起到定位失效點(diǎn)的關(guān)鍵作用。

　　對(duì)漏電燈珠通電光學(xué)顯微鏡觀察：

　　金鑒隨機(jī)取1pc漏電燈珠進(jìn)行化學(xué)開(kāi)封，使用3V/50uA直流電通電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)燈珠存在電流分布不均現(xiàn)象，負(fù)極一端處的亮度較高。

　　芯片光分布圖

　　對(duì)漏電燈珠顯微紅外觀察：

　　使用金鑒自主研發(fā)的顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)對(duì)同樣漏電芯片表面溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)芯片正負(fù)電極溫度差距很大，

　　數(shù)據(jù)顯示如圖，負(fù)極電極溫度為129.2℃，正極電極溫度為82.0℃，電極兩端溫差>30℃。

　　芯片熱分布圖

　　死燈芯片負(fù)極金道FIB切割：

　　根據(jù)顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)，金鑒工程師把芯片失效原因定位到芯片自身結(jié)構(gòu)問(wèn)題上，因此對(duì)死燈燈珠芯片靠近負(fù)極電極燒毀位置下方的金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)，鋁（Al）層與第1層鉻（Cr）層結(jié)合良好。芯片負(fù)極的鋁層厚度約為100nm。

　　LED芯片負(fù)極金道FIB切割及截面形貌觀察

　　死燈芯片正極金道FIB切割：

　　金鑒工程師對(duì)死燈燈珠芯片正極金道做FIB切割，結(jié)果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結(jié)構(gòu)，金鑒發(fā)現(xiàn)： 1.Cr-Al-Cr-Pt層呈現(xiàn)波浪形貌，尤其ITO層呈現(xiàn)波浪形貌，ITO層熔點(diǎn)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(fù)極100nm要厚，而負(fù)極和正極Cr-Al-Cr-Pt-Au是同時(shí)的蒸鍍?yōu)R射工藝，厚度應(yīng)該一致。

　　3.在芯片正極金道ITO層下，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)二氧化硅阻擋層。而沒(méi)有阻擋層恰好導(dǎo)致了正負(fù)電極分布電流不均，電極溫差大，造成本案的失效真因。

　　LED芯片正極金道FIB切割及截面形貌觀察

　　案例三：委托單位送測(cè)LED燈珠樣品，要求使用顯微紅外熱分布測(cè)試儀觀察燈珠在不同電流下表面溫度的變化情況。

　　對(duì)大尺寸的倒裝芯片進(jìn)行觀察：

　　開(kāi)始時(shí)樣品電流為1A，此時(shí)芯片表面溫度約134℃；一段時(shí)間后，電流降低到800mA，溫度在切換電流后的2s內(nèi)，溫度下降到125℃，隨后逐漸下降到115℃達(dá)到穩(wěn)定；緊接著再把電流降低到500mA，10s后，溫度從115℃下降到91℃。

　　加載電流變化下大尺寸倒裝芯片的溫度-時(shí)間曲線圖

　　對(duì)小尺寸的倒裝芯片進(jìn)行觀察：

　　樣品在300mA下穩(wěn)定時(shí)，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(shí)把電流增加到400mA，芯片表面溫度逐漸上升，在20s后溫度達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)溫度約為83℃；最后把電流降低到100mA后，溫度逐漸下降。

　　加載電流變化下小尺寸倒裝芯片的溫度-時(shí)間曲線圖

　　案例四：分析固晶工藝

　　1. 某公司燈珠發(fā)生死燈，開(kāi)封后可以觀察到外延層燒毀、金道燒毀、電極脫落。

　　失效燈珠芯片外觀形貌圖

　　進(jìn)一步對(duì)失效品燈珠進(jìn)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(xiàn)象。（備注：固晶膠采用的導(dǎo)熱絕緣膠）

　　失效燈珠金相切片截面觀察

　　3. 進(jìn)一步取固晶膠剝離與未剝離的燈珠芯片，使用金鑒實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)固晶膠剝離與未剝離芯片進(jìn)行熱分布測(cè)試比對(duì)，比對(duì)結(jié)果如下圖所示：

　　固晶膠剝離和未剝離的芯片熱分布圖對(duì)比

　　結(jié)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(dǎo)致熱量無(wú)法通過(guò)燈珠支架順利傳導(dǎo)出去，造成芯片周?chē)h(huán)境溫度變高，燈珠芯片溫度升高。該芯片負(fù)極區(qū)域發(fā)熱量大，芯片工作環(huán)境溫度升高時(shí)，芯片負(fù)極區(qū)容易出現(xiàn)溫度過(guò)高燒毀。

　　案例五：判定多芯片燈珠發(fā)熱情況

　　客戶(hù)送測(cè)LED燈珠，委托金鑒進(jìn)行燈珠體檢，幫助提升其產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

　　燈珠外觀圖及芯片熱分布圖

　　從熱分布圖中我們發(fā)現(xiàn)，該燈珠兩顆芯片發(fā)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(huì)嚴(yán)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(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯(lián)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(huì)造成流過(guò)兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現(xiàn)一個(gè)燈珠內(nèi)兩顆芯片熱功率出現(xiàn)差異。客戶(hù)針對(duì)此種情況，加強(qiáng)對(duì)來(lái)料芯片電壓分BIN的卡控后，杜絕了該種異?，F(xiàn)象，其燈珠性能及可靠性得到大大提高。

　　案例六：燈具熱分布測(cè)試

　　客戶(hù)送測(cè)LED燈具樣品，要求進(jìn)行溫度測(cè)試。金鑒使用顯微紅外熱分布測(cè)試系統(tǒng)可以很直觀的顯示燈具各區(qū)域的溫度和熱分布，在優(yōu)化燈具熱設(shè)計(jì)方面作用顯著。

　　燈具外觀圖及其工作時(shí)的熱分布圖

　　案例七：顯示屏熱分布監(jiān)測(cè)

　　PCB板大屏顯示模組存在過(guò)熱區(qū)，過(guò)熱區(qū)亮度會(huì)偏低，高溫還會(huì)加速LED光源的老化，熱分布不均勢(shì)必會(huì)造成發(fā)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(dāng)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(duì)提高當(dāng)下LED顯示屏清晰度，意義重大！

　　PCB板大屏顯示模組及其工作時(shí)的熱分布圖

　　案例八：定位電源失效區(qū)域

　　委托單位電源出現(xiàn)失效現(xiàn)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(cè)試系統(tǒng)對(duì)電源進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)中的R5電阻在使用時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，經(jīng)測(cè)溫發(fā)現(xiàn)該電阻溫度高達(dá)90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時(shí)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(zhǎng)期使用過(guò)程中導(dǎo)致R5電阻失效。

　　電源熱分布圖及熱點(diǎn)定位

　　案例九：電源失效分析

　　委托單位反饋該款電源在使用約一年時(shí)間后出現(xiàn)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(cè)試系統(tǒng)對(duì)電源進(jìn)行溫度測(cè)試，碳膜電阻R9溫度高達(dá)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?xún)?nèi)，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(diǎn)。

　　由于碳膜電阻R9的實(shí)測(cè)工作溫度為157.4℃，根據(jù)如下電力減輕曲線可知，155℃溫度下的實(shí)際使用功率應(yīng)為額定功率的5%左右，即0.1W左右，根據(jù)歐姆定律P=U2/R推算在155℃溫度下可以使用的實(shí)際額定電壓U=82V。而實(shí)際使用碳膜電阻R9的電壓為366V，說(shuō)明碳膜電阻R9處于超負(fù)荷使用狀態(tài)，長(zhǎng)期超負(fù)荷使用可能導(dǎo)致電阻值出現(xiàn)漂移，進(jìn)而造成同一回路中的其他器件燒毀，發(fā)生電源燒毀失效。

　　對(duì)正常電源和燒毀電源中的碳膜電阻進(jìn)行電阻測(cè)試，結(jié)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(shí)碳膜電阻阻值已出現(xiàn)漂移。

　　電阻參數(shù)在高溫下出現(xiàn)漂移，長(zhǎng)期使用會(huì)影響電阻的壽命和可靠性，建議委托單位優(yōu)化電源設(shè)計(jì)，避免電源器件在高溫下長(zhǎng)期超負(fù)荷使用。

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