爆裂的原因之一：沒有空氣的燈泡內(nèi)，氣壓很低，而燈泡外則是一個大氣壓，當(dāng)燈泡被長久使用時，燈泡的根部螺旋存在松動的可能，從而讓空氣快速進(jìn)入，以致于出現(xiàn)突然炸裂的情況。

爆裂原因之二：如果說你在開燈的時候，將多個開關(guān)按鈕同時按下，會導(dǎo)致電流瞬間沖擊過大，燈泡內(nèi)的燈絲被融化燃燒至炸裂。

最近開發(fā)的大輸出和短波激光器led燈珠的波長為810nm，該led燈珠的最大輸出功率為100mW。要求在實際工作條件下達(dá)到高可靠性指標(biāo)（MTTF應(yīng)超過5000h）。為了保證高可靠性，在led燈珠內(nèi)采用長腔和金剛石子支架。

在試制過程中經(jīng)過溫度循環(huán)后，幾個樣品發(fā)生光電失效。失效樣品的破壞性物理分析（DpA）表明led燈珠芯片上的裂紋將芯片分成兩部分。因此，空腔被芯片裂紋破壞并導(dǎo)致失效。

調(diào)查的結(jié)果

我們調(diào)查了裂紋發(fā)生過程和原因，重復(fù)了激光led燈珠的傳統(tǒng)組裝工序，檢查了每個工程中的樣品，并觀察到芯片裂紋。經(jīng)過芯片結(jié)合和合金工藝后，檢驗員在許多選定樣品中發(fā)現(xiàn)裂紋，認(rèn)為這些裂紋是在芯片結(jié)合和合金工藝中產(chǎn)生的。

在芯片接合及合金工序中，激光led燈珠芯片為Au？焊接在Sn焊接的子支架上，要求加熱和冷卻。這樣，在該工序中，生成子支架和芯片之間的熱應(yīng)力。因此，為了弄清裂縫發(fā)生的原因，進(jìn)行了熱應(yīng)力分析。

通過分析，金剛石在子支架上較早產(chǎn)生裂紋是因為金剛石的線性膨脹與芯片中的GaAs有很大的不同。由此，確認(rèn)了金剛石是裂紋發(fā)生的主要原因。

這些結(jié)果揭示了光電失效過程。

由于芯片耦合和合金過程中金剛石在子支架上的熱應(yīng)力作用，在芯片和金剛石子支架之間的邊緣處產(chǎn)生微裂紋，并且該裂紋擴(kuò)展到芯片上。裂縫那么小，沒有造成失效。

由于溫度循環(huán)測試熱應(yīng)力的作用，微裂紋增加到足以破壞芯片腔的程度，最后導(dǎo)致光電失效。

實現(xiàn)空間用大功率激光器led燈珠的高可靠性的方法

工作溫度的上升大大加速了激光led燈珠可靠性的退化。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。

要實現(xiàn)設(shè)備的溫度控制，有以下兩種方法。

一個是采用長腔。增加芯片腔的長度可以減少電流密度。該激光器led燈珠的芯片腔長度為1200μm。

另一種方法是金剛石使用子支架。金剛石的導(dǎo)熱性比硅Si的導(dǎo)熱性高，因此能夠改善熱輻射效率。金剛石和Si的熱特性如表1所示。

表1.3種類材料的熱特性比較

光電室

溫度循環(huán)測試后，在幾個樣品中觀察到光電失效。這些樣品在測試前通過了目測和光電特性評估測試。研究人員發(fā)現(xiàn)，該元件的輻射不會隨著工作電流的大小線性變化。他們觀察到用光學(xué)顯微鏡失效的樣品中的芯片，發(fā)現(xiàn)芯片上的裂縫將芯片分成兩個部分。

裂紋發(fā)生工程的調(diào)查

為了闡明產(chǎn)生芯片裂紋的過程，研究人員重復(fù)了以前的組裝工序，通過目視檢查各工序中選擇的樣品來觀察裂紋。通過蝕刻芯片可以觀察內(nèi)部裂紋，觀察結(jié)果如下。

（1）芯片接合和合金工序前芯片無裂紋；

（2）芯片耦合和合金工藝后，在許多選定樣品中觀察到芯片裂紋（包括內(nèi)部裂紋）。

（3）在溫度循環(huán)測試之前，對于內(nèi)部有細(xì)微裂紋的芯片未發(fā)現(xiàn)光電失效。

（4）發(fā)現(xiàn)樣品在溫度循環(huán)后失效。

這些結(jié)果揭示了裂紋產(chǎn)生過程和從裂紋產(chǎn)生到光電失效的過程。

（1）芯片耦合和合金過程中發(fā)生芯片裂紋。

（2）芯片耦合和合金化之間產(chǎn)生的芯片裂紋太小，不會導(dǎo)致失效。然而，由于溫度循環(huán)熱應(yīng)力作用，裂紋持續(xù)增加，通過發(fā)光線，最終導(dǎo)致光電失效。

芯片裂痕的原因調(diào)查

研究人員發(fā)現(xiàn)，芯片耦合和合金工藝中芯片會產(chǎn)生微小的裂紋。芯片結(jié)合和合金工程包括加熱和冷卻。我們發(fā)現(xiàn)芯片耦合和合金工程中熱應(yīng)力是裂紋的主要原因。于是，對制作的模型進(jìn)行了分析。

通過解析和計算可以得到以下結(jié)果。

（1）芯片內(nèi)產(chǎn)生張力；金剛石和具有硅座的芯片內(nèi)緣的失真分別為0.09%和0.03%。

（2）金剛石受到的應(yīng)力是硅的3倍，分別為1.2。×10^9 dyncm2和1.2×10^9dyn·cm2。

上述結(jié)果可以推斷以下可能性。

（1）張力會影響冷卻中的芯片，因此芯片會發(fā)生裂紋。

（2）芯片裂紋可能出現(xiàn)在熱應(yīng)力的最高邊緣。

（3）金剛石在副支架上接受熱應(yīng)力比硅子支架更高，金剛石在副支架的芯片上較早發(fā)生裂紋。

這些結(jié)果表明，在子支架和芯片之間的熱應(yīng)力導(dǎo)致芯片失效，金剛石和GaAs的線性膨脹系數(shù)之間的顯著差異是芯片裂紋發(fā)生的主要原因。

結(jié)論

這些調(diào)查結(jié)果揭示了以下芯片裂紋的發(fā)生機(jī)制。

（1）由于芯片耦合與合金化之間的熱應(yīng)力作用，芯片與子支架之間的邊緣處產(chǎn)生的裂紋太小，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，破壞空腔，最后導(dǎo)致光電失效。