爆(bao)裂的(de)(de)原(yuan)因之一：沒(mei)有空(kong)(kong)氣的(de)(de)燈(deng)(deng)(deng)泡(pao)(pao)內，氣壓(ya)很低，而燈(deng)(deng)(deng)泡(pao)(pao)外則是一個大氣壓(ya)，當(dang)燈(deng)(deng)(deng)泡(pao)(pao)被長久使用時(shi)，燈(deng)(deng)(deng)泡(pao)(pao)的(de)(de)根部螺旋存在松動的(de)(de)可能，從而讓空(kong)(kong)氣快速(su)進(jin)入，以致于(yu)出(chu)現突然炸(zha)裂的(de)(de)情況(kuang)。

爆裂原因(yin)之二：如果說你在開(kai)燈(deng)的時候(hou)，將多個開(kai)關按鈕同時按下，會(hui)導致電流瞬間沖(chong)擊過大，燈(deng)泡內的燈(deng)絲被(bei)融化(hua)燃燒至炸裂。

最近開發的大輸出(chu)和(he)短(duan)波(bo)激光器(qi)led燈珠(zhu)的波(bo)長(chang)為810nm，該led燈珠(zhu)的最大輸出(chu)功(gong)率為100mW。要求在實(shi)際工作條件(jian)下達到高可(ke)靠性指標(biao)（MTTF應超過5000h）。為了保(bao)證高可(ke)靠性，在led燈珠(zhu)內采用長(chang)腔(qiang)和(he)金剛石子支(zhi)架。

在試制(zhi)過(guo)程中經過(guo)溫(wen)度(du)循(xun)環(huan)后，幾個(ge)樣品發生光電失效(xiao)。失效(xiao)樣品的破壞性物理分(fen)析（DpA）表明led燈珠芯片(pian)上(shang)的裂紋(wen)將芯片(pian)分(fen)成兩部分(fen)。因此，空腔被芯片(pian)裂紋(wen)破壞并導致(zhi)失效(xiao)。

調查的(de)結果

我們(men)調查了(le)裂(lie)紋(wen)發生過(guo)程(cheng)和原(yuan)因(yin)，重復了(le)激光led燈珠的(de)傳統組裝(zhuang)工(gong)序，檢(jian)查了(le)每個工(gong)程(cheng)中的(de)樣品(pin)，并觀(guan)察到芯(xin)片裂(lie)紋(wen)。經過(guo)芯(xin)片結(jie)合(he)和合(he)金工(gong)藝(yi)后，檢(jian)驗員(yuan)在許(xu)多選定樣品(pin)中發現裂(lie)紋(wen)，認為這(zhe)些(xie)裂(lie)紋(wen)是在芯(xin)片結(jie)合(he)和合(he)金工(gong)藝(yi)中產生的(de)。

在(zai)芯(xin)片接(jie)(jie)合(he)(he)及合(he)(he)金工(gong)序中，激光led燈(deng)珠芯(xin)片為Au？焊(han)接(jie)(jie)在(zai)Sn焊(han)接(jie)(jie)的(de)子支架(jia)上，要求加熱和冷卻。這樣(yang)，在(zai)該工(gong)序中，生成子支架(jia)和芯(xin)片之(zhi)間的(de)熱應(ying)力。因(yin)此(ci)，為了弄清裂(lie)縫發(fa)生的(de)原(yuan)因(yin)，進(jin)行了熱應(ying)力分(fen)析。

通過分(fen)析，金剛(gang)(gang)(gang)石在子支架上較早產(chan)生(sheng)裂紋(wen)是因為金剛(gang)(gang)(gang)石的(de)線(xian)性膨(peng)脹(zhang)與芯片中(zhong)的(de)GaAs有很大的(de)不(bu)同(tong)。由此(ci)，確認了金剛(gang)(gang)(gang)石是裂紋(wen)發生(sheng)的(de)主要原因。

這(zhe)些結(jie)果揭示了光電失(shi)效過程(cheng)。

由于芯片(pian)耦合(he)和合(he)金過程(cheng)中金剛石(shi)在(zai)子支(zhi)架(jia)上(shang)的熱應力作用，在(zai)芯片(pian)和金剛石(shi)子支(zhi)架(jia)之間的邊緣處產(chan)生微裂紋(wen)，并且該裂紋(wen)擴展到芯片(pian)上(shang)。裂縫那么小，沒有造成失效(xiao)。

由于(yu)溫度循(xun)環(huan)測試(shi)熱應力的(de)作用，微裂紋增加到足以破壞芯(xin)片腔的(de)程度，最后導致光電失效。

實現空間用大功率激光器led燈(deng)珠的(de)高可靠性的(de)方法

工作溫度(du)的(de)上升(sheng)大大加(jia)速了(le)(le)激(ji)光led燈珠(zhu)可靠性(xing)的(de)退化(hua)。為(wei)了(le)(le)保證(zheng)器件的(de)高可靠性(xing)，必須防止芯片有源(yuan)層的(de)溫度(du)升(sheng)高。

要實現設備的溫度控制，有以下(xia)兩(liang)種方(fang)法。

一(yi)個是采用長腔。增加芯片腔的長度可以(yi)減少電(dian)流密度。該激光器led燈珠(zhu)的芯片腔長度為(wei)1200μm。

另(ling)一種方(fang)法是(shi)金剛石(shi)使用子(zi)支架(jia)。金剛石(shi)的導(dao)熱性(xing)比硅Si的導(dao)熱性(xing)高，因(yin)此能夠改(gai)善熱輻(fu)射效(xiao)率。金剛石(shi)和Si的熱特性(xing)如表1所示。

表1.3種類(lei)材料的熱特(te)性比較

光電室

溫度循環測試后，在(zai)幾個樣品中(zhong)觀察(cha)到光電失效。這些樣品在(zai)測試前(qian)通(tong)過(guo)了目測和光電特性(xing)評估測試。研(yan)究(jiu)人員發現，該元件的(de)輻(fu)射不會隨著工(gong)作電流的(de)大小線性(xing)變化。他(ta)們觀察(cha)到用光學顯微鏡失效的(de)樣品中(zhong)的(de)芯(xin)(xin)片(pian)，發現芯(xin)(xin)片(pian)上的(de)裂縫將芯(xin)(xin)片(pian)分成兩(liang)個部分。

裂紋發(fa)生(sheng)工程的調查

為了闡明產生芯片裂紋的(de)過程(cheng)，研究(jiu)人(ren)員重復了以前的(de)組裝工序，通(tong)過目視檢查各工序中選擇的(de)樣(yang)品來(lai)觀(guan)察裂紋。通(tong)過蝕刻(ke)芯片可以觀(guan)察內部(bu)裂紋，觀(guan)察結果如下。

（1）芯片(pian)接合和(he)合金工序前(qian)芯片(pian)無(wu)裂紋；

（2）芯(xin)片(pian)耦(ou)合和合金工藝后，在許多選定(ding)樣品(pin)中觀察到(dao)芯(xin)片(pian)裂紋（包括內部裂紋）。

（3）在溫度循環(huan)測試之前(qian)，對于(yu)內(nei)部有細(xi)微裂紋的芯片未(wei)發(fa)現(xian)光電失效。

（4）發現(xian)樣(yang)品在溫度循環后失效。

這些結果揭示(shi)了裂(lie)紋產生過程和從裂(lie)紋產生到光電失(shi)效的過程。

 （1）芯片(pian)耦(ou)合和(he)合金(jin)過程中發(fa)生芯片(pian)裂紋。

（2）芯(xin)片耦合和合金化之間產生的(de)芯(xin)片裂紋太小，不(bu)會導(dao)致失效。然(ran)而，由于溫度(du)循環熱應力作用，裂紋持(chi)續增加，通過(guo)發(fa)光線，最終導(dao)致光電失效。

芯片(pian)裂(lie)痕(hen)的(de)原因調查

研究人員(yuan)發現(xian)，芯片耦合和合金工藝中(zhong)芯片會產生(sheng)微(wei)小的(de)裂紋(wen)。芯片結合和合金工程(cheng)包(bao)括加熱(re)和冷卻。我(wo)們發現(xian)芯片耦合和合金工程(cheng)中(zhong)熱(re)應力是裂紋(wen)的(de)主要原因(yin)。于是，對制作的(de)模型進行了分(fen)析。

通(tong)過(guo)解析和計算可以得到以下結(jie)果。

（1）芯片內產生張力；金(jin)剛石(shi)和具(ju)有硅座的芯片內緣(yuan)的失真(zhen)分(fen)別為0.09%和0.03%。

（2）金剛石受到(dao)的(de)應(ying)力(li)是硅的(de)3倍，分別為1.2。×10^9 dyncm2和(he)1.2×10^9dyn·cm2。 

上述結果可以推斷以下(xia)可能性。

（1）張力會影響冷卻中的芯片，因此芯片會發生裂紋。

（2）芯片裂紋可能出(chu)現在熱應力的最高邊(bian)緣。

（3）金(jin)剛石在副支(zhi)架上接受(shou)熱(re)應力比硅子支(zhi)架更高，金(jin)剛石在副支(zhi)架的芯片上較早發(fa)生裂紋。

這些結果表明，在子(zi)支架和(he)(he)芯片之間的(de)熱應力(li)導致芯片失效，金剛石和(he)(he)GaAs的(de)線(xian)性膨(peng)脹系數(shu)之間的(de)顯著差異是芯片裂紋發生的(de)主要原因(yin)。

結論

這(zhe)些調查結果揭示(shi)了以下芯片裂紋的發(fa)生機制。

（1）由于芯片耦合與合金化之間(jian)的(de)(de)熱應(ying)力作用，芯片與子支架之間(jian)的(de)(de)邊緣處產生的(de)(de)裂紋太小，導致(zhi)失效(xiao)。

（2）由于(yu)溫度循(xun)環(huan)中(zhong)的熱應力作(zuo)用，裂(lie)紋不斷增大，破壞(huai)空腔，最后導致光電失(shi)效(xiao)。