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　　[敏感詞]研制出的大功率和短波激光led燈珠在810nm波長時(shí)，該led燈珠的[敏感詞]輸出功率為100mW。它要求在實(shí)際工作條件下達(dá)到高可靠指標(biāo)(MTTF應(yīng)超過5000h)。為了保證高可靠性，該led燈珠內(nèi)采用了長空腔和金剛石子支架。

　　在試生產(chǎn)期間，經(jīng)過溫度循環(huán)之后，一些樣品發(fā)生了光電失效。失效樣品的破壞性物理分析(DPA)顯示，led燈珠芯片上的裂紋把芯片分成兩部分。因此，空腔受到芯片裂紋的破壞而導(dǎo)致失效。

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)

　　調(diào)查了產(chǎn)生裂紋的工序和原因，重復(fù)了激光led燈珠原來的組裝工序，對每個(gè)工序中的樣品作了檢驗(yàn)，以觀測芯片裂紋。經(jīng)過芯片鍵合和合金工序之后，檢驗(yàn)人員在多數(shù)選用的樣品中都發(fā)現(xiàn)了裂紋，認(rèn)為那些裂紋是在芯片鍵合和合金工序中產(chǎn)生的。

　　在芯片鍵合和合金工序中，激光led燈珠芯片被鍵合到Au-Sn焊接的子支架上，這就要求加熱和冷卻。這樣，在該工序中產(chǎn)生了子支架與芯片之間的熱應(yīng)力。因此，研究人員實(shí)施了熱應(yīng)力分析，以弄清裂紋產(chǎn)生的原因。

　　分析顯示，在金剛石子支架上早早就產(chǎn)生了裂紋，因?yàn)榻饎偸木€性膨脹與芯片中的GaAs的有很大差別。這樣就證實(shí)了金剛石是裂紋產(chǎn)生的主要因素。

　　這些結(jié)果澄清了光電失效過程：

　　由于在芯片鍵合和合金工序中金剛石子支架上的熱應(yīng)力作用，芯片與金剛石子支架之間的邊緣產(chǎn)生了微型裂紋，該裂紋一直擴(kuò)展到芯片上。裂紋是那么微小，以致于未造成失效。

　　由于溫度循環(huán)試驗(yàn)中的熱應(yīng)力作用，微型裂紋不斷增大，大到足以破壞芯片空腔的程度，最后造成光電失效。

　　在空間用大功率激光led燈珠中實(shí)現(xiàn)高可靠性的方法

　　工作溫度的升高會(huì)大大加速激光led燈珠可靠性的劣化。為了保證器件的高可靠性，必須防止芯片有源層的溫度升高。

　　有兩種方法用來實(shí)現(xiàn)器件的溫度控制：

　　一種是采用長空腔。增加芯片空腔的長度可減小電流密度。這種激光led燈珠的芯片空腔的長度定為1200μm。

　　另一種方法是采用金剛石子支架。金剛石的導(dǎo)熱性高于硅(Si)的導(dǎo)熱性，因而可改善熱輻射效率。金剛石和Si的熱特性于表1顯示。

　　光電失效

　　經(jīng)過溫度循環(huán)試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)一些樣品出現(xiàn)光電失效。這些樣品在試驗(yàn)之前已通過目檢和光電特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，該器件的輻射不會(huì)隨工作電流 的大小而發(fā)生線性變化。他們用光學(xué)顯微鏡觀測失效樣品中的芯片，發(fā)現(xiàn)芯片上的一條裂紋把芯片分成兩部分。

　　產(chǎn)生裂紋的工序的調(diào)查

　　為了弄清產(chǎn)生芯片裂紋的工序，研究人員重復(fù)了先前的組裝工序，然后對每個(gè)工序中所選的樣品作目檢，以觀測裂紋。通過蝕刻芯片可觀測到內(nèi)部裂紋，觀測結(jié)果如下：

　　(1)在芯片鍵合與合金工序之前，芯片上沒有裂紋;

　　(2)在芯片鍵合與合金工序之后，在多數(shù)選用的樣品中都觀測到芯片裂紋(包括內(nèi)部裂紋);

　　(3)在溫度循環(huán)試驗(yàn)之前，已經(jīng)有內(nèi)部微型裂紋的芯片上未發(fā)現(xiàn)光電失效;

　　(4)溫度循環(huán)之后則發(fā)現(xiàn)樣品失效。

　　這些結(jié)果弄清了裂紋產(chǎn)生的工序以及從裂紋產(chǎn)生到光電失效的工序：

　　(1)在芯片鍵合和合金過程中產(chǎn)生了芯片裂紋;

　　(2)在芯片鍵合和合金過程中產(chǎn)生的芯片裂紋太小，以致于未導(dǎo)致失效。但由于溫度循環(huán)中的熱應(yīng)力作用，裂紋不斷增大，穿過發(fā)射線條，最終導(dǎo)致光電失效。

　　芯片裂紋的原因調(diào)查

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，在芯片鍵合與合金工序中芯片上產(chǎn)生微型裂紋。芯片鍵合與合金工序包括加熱和冷卻。他們已注意到芯片鍵合與合金工序中的熱應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋的主要原因。因此，他們對制作的模型作了熱應(yīng)力分析。

　　通過分析和計(jì)算，得出如下結(jié)果：

　　(1)芯片內(nèi)產(chǎn)生了張力;具有金剛石和硅支架的芯片內(nèi)邊緣的應(yīng)變分別為0.09%和0.03% ;

　　(2)金剛石承受的應(yīng)力是硅的3倍，分別為1.2×10^9dyn·cm2 和1.2×10^9dyn·cm2。

　　上述結(jié)果可推論出下列可能性：

　　(1)張力影響到冷卻過程中的芯片，因此，芯片上會(huì)產(chǎn)生裂紋;

　　(2)芯片裂紋可能在熱應(yīng)力[敏感詞]的邊緣上產(chǎn)生;

　　(3)金剛石子支架上承受的熱應(yīng)力比硅子支架上的高，因此，金剛石子支架的芯片較早產(chǎn)生裂紋。

　　這些結(jié)果論證了子支架與芯片之間的熱應(yīng)力導(dǎo)致芯片失效，金剛石與GaAs的線性膨脹系數(shù)之間顯著差別是芯片裂紋產(chǎn)生的主要因素。

　　結(jié)論

　　這些調(diào)查結(jié)果已弄清了下列芯片裂紋產(chǎn)生的機(jī)理：

　　(1)由于在芯片鍵合和合金過程中的熱應(yīng)力作用，芯片與子支架之間的邊緣上產(chǎn)生的裂紋太小，以致于未導(dǎo)致失效。

　　(2)由于溫度循環(huán)中的熱應(yīng)力作用，裂紋不斷增大和破壞了空腔，最后導(dǎo)致光電失效。