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    元器件失效分析方法

    2018-05-29 09:43浏览数:60

    元器件失效分析方法

    失效分析基本概念

    定义:对失效电子元器件进行诊断过程。

    1、进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。

    2、失效分析的目的是确定失效模式和失效机理,提出纠正措施,防止这种失效模式和失效机理的重复出现。

    3、失效模式是指观察到的失效现象、失效形式,如开路、短路、参数漂移、功能失效等。

    4、失效机理是指失效的物理化学过程,如疲劳、腐蚀和过应力等。


    失效分析的一般程序

    1、收集现场数据

    2、电测并确定失效模式

    3、非破坏检查

    4、打开封装

    5、镜验

    6、通电并进行失效定位

    7、对失效部位进行物理、化学分析,确定失效机理。

    8、综合分析,确定失效原因,提出纠正措施。


    1、收集现场数据


    应力类型

    试验方法

    可能出现的主要失效模式

    电应力

    静电、过电、噪声

    MOS器件的栅击穿、双极型器件的pn结击穿、功率晶体管的二次击穿、CMOS电路的闩锁效应

    热应力

    高温储存

    金属-半导体接触的Al-Si互溶,欧姆接触退化,pn结漏电、Au-Al键合失效

    低温应力

    低温储存

    芯片断裂

    低温电应力

    低温工作

    热载流子注入

    高低温应力

    高低温循环

    芯片断裂、芯片粘接失效

    热电应力

    高温工作

    金属电迁移、欧姆接触退化

    机械应力

    振动、冲击、加速度

    芯片断裂、引线断裂

    辐射应力

    X射线辐射、中子辐射

    电参数变化、软错误、CMOS电路的闩锁效应

    气候应力

    高湿、盐雾

    外引线腐蚀、金属化腐蚀、电参数漂移


    2、电测并确定失效模式


    电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。


    连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这类失效容易测试,现场失效多数由静电放电(ESD)和过电应力(EOS)引起。


    电参数失效,需进行较复杂的测量,主要表现形式有参数值超出规定范围(超差)和参数不稳定。


    确认功能失效,需对元器件输入一个已知的激励信号,测量输出结果。如测得输出状态与预计状态相同,则元器件功能正常,否则为失效,功能测试主要用于集成电路。


    三种失效有一定的相关性,即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下,有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测,结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。


    3、非破坏检查


    名称

    应用优势

    主要原理

    X射线透视技术

    以低密度区为背景,观察材料的高密度区的密度异常点

    透视X光的被样品局部吸收后成象的异常

    反射式扫描声学显微术(C-SAM)

    以高密度区为背景,观察材料内部空隙或低密度区

    超声波遇空隙受阻反射

    元器件失效分析方法1.jpg

    X-Ray检测,即为在不破坏芯片情况下,利用X射线透视元器件(多方向及角度可选),检测元器件的封装情况,如气泡、邦定线异常,晶粒尺寸,支架方向等。

    元器件失效分析方法2.jpg

    适用情境:检查邦定有无异常、封装有无缺陷、确认晶粒尺寸及layout

    优势:工期短,直观易分析

    劣势:获得信息有限

    局限性:

    1、相同批次的器件,不同封装生产线的器件内部形状略微不同;

    2、内部线路损伤或缺陷很难检查出来,必须通过功能测试及其他试验获得。

    案例分析:

    X-Ray 探伤----气泡、邦定线

    元器件失效分析方法3.jpg

    元器件失效分析方法4.jpg

    X-Ray 真伪鉴别----空包弹(图中可见,未有晶粒)

    元器件失效分析方法5.jpg

    “徒有其表”


    元器件失效分析方法6.jpg


    下面这个才是货真价实的

    元器件失效分析方法7.jpg

    X-Ray用于产地分析(下图中同品牌同型号的芯片)

    元器件失效分析方法8.jpg

     X-Ray 用于失效分析(PCB探伤、分析)

    元器件失效分析方法9.jpg

    (下面这个密密麻麻的圆点就是BGA的锡珠。下图我们可以看出,这个芯片实际上是BGA二次封装的)

    元器件失效分析方法10.jpg


    4、打开封装



    元器件失效分析方法11.jpg元器件失效分析方法12.jpg


    5、显微形貌像技术
    光学显微镜分析技术

    扫描电子显微镜的二次电子像技术

    电压效应的失效定位技术

    元器件失效分析方法13.jpg
    元器件失效分析方法14.jpg

    6、半导体主要失效机理分析

    电应力(EOD)损伤

    静电放电(ESD)损伤

    封装失效

    引线键合失效

    芯片粘接不良

    金属半导体接触退化

    钠离子沾污失效

    氧化层针孔失效



     
     
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