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元器件失效分析方法

2019.01.23

器件一旦壞了,千萬不要敬而遠(yuǎn)之,而應(yīng)該如獲至寶。

開車的人都知道,哪里最能練出駕駛水平?高速公路不行,只有鬧市和不良路況才能提高水平。社會的發(fā)展就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程,出現(xiàn)問題不可怕,但頻繁出現(xiàn)同一類問題是非??膳碌摹?/strong> 

失效分析基本概念

定義:對失效電子元器件進(jìn)行診斷過程。

1、進(jìn)行失效分析往往需要進(jìn)行電測量并采用先進(jìn)的物理、冶金及化學(xué)的分析手段。

2、失效分析的目的是確定失效模式和失效機(jī)理,提出糾正措施,防止這種失效模式和失效機(jī)理的重復(fù)出現(xiàn)。

3、失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式,如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。

4、失效機(jī)理是指失效的物理化學(xué)過程,如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。

失效分析的一般程序

1、收集現(xiàn)場場數(shù)據(jù)

2、電測并確定失效模式

3、非破壞檢查

4、打開封裝

5、鏡驗(yàn)

6、通電并進(jìn)行失效定位

7、對失效部位進(jìn)行物理、化學(xué)分析,確定失效機(jī)理。

8、綜合分析,確定失效原因,提出糾正措施。

1、收集現(xiàn)場數(shù)據(jù):

應(yīng)力類型

試驗(yàn)方法

可能出現(xiàn)的主要失效模式

電應(yīng)力

靜電、過電、噪聲

MOS器件的柵擊穿、雙極型器件的pn結(jié)擊穿、功率晶體管的二次擊穿、CMOS電路的閂鎖效應(yīng)

熱應(yīng)力

高溫儲存

金屬-半導(dǎo)體接觸的Al-Si互溶,歐姆接觸退化,pn結(jié)漏電、Au-Al鍵合失效

低溫應(yīng)力

低溫儲存

芯片斷裂

低溫電應(yīng)力

低溫工作

熱載流子注入

高低溫應(yīng)力

高低溫循環(huán)

芯片斷裂、芯片粘接失效

熱電應(yīng)力

高溫工作

金屬電遷移、歐姆接觸退化

機(jī)械應(yīng)力

振動、沖擊、加速度

芯片斷裂、引線斷裂

輻射應(yīng)力

X射線輻射、中子輻射

電參數(shù)變化、軟錯(cuò)誤、CMOS電路的閂鎖效應(yīng)

氣候應(yīng)力

高濕、鹽霧

外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數(shù)漂移

2、電測并確定失效模式

電測失效可分為連接性失效、電參數(shù)失效和功能失效。

連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試,現(xiàn)場失效多數(shù)由靜電放電(ESD)和過電應(yīng)力(EOS)引起。

電參數(shù)失效,需進(jìn)行較復(fù)雜的測量,主要表現(xiàn)形式有參數(shù)值超出規(guī)定范圍(超差)和參數(shù)不穩(wěn)定。

確認(rèn)功能失效,需對元器件輸入一個(gè)已知的激勵(lì)信號,測量輸出結(jié)果。如測得輸出狀態(tài)與預(yù)計(jì)狀態(tài)相同,則元器件功能正常,否則為失效,功能測試主要用于集成電路。

三種失效有一定的相關(guān)性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數(shù)失效的根源時(shí)??蓺w結(jié)于連接性失效。在缺乏復(fù)雜功能測試設(shè)備和測試程序的情況下,有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試方法進(jìn)行電測,結(jié)合物理失效分析技術(shù)的應(yīng)用仍然可獲得令人滿意的失效分析結(jié)果。

3、非破壞檢查

名稱

應(yīng)用優(yōu)勢

主要原理

X射線透視技術(shù)

以低密度區(qū)為背景,觀察材料的高密度區(qū)的密度異常點(diǎn)

透視X光的被樣品局部吸收后成象的異常

反射式掃描聲學(xué)顯微術(shù)(C-SAM)

以高密度區(qū)為背景,觀察材料內(nèi)部空隙或低密度區(qū)

超聲波遇空隙受阻反射


4、打開封裝

開封方法有機(jī)械方法和化學(xué)方法兩種,按封裝材料來分類,微電子器件的封裝種類包括玻璃封裝(二極管)、金屬殼封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等。?

機(jī)械開封

?化學(xué)開封

5、顯微形貌像技術(shù)

光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)

掃描電子顯微鏡的二次電子像技術(shù)

電壓效應(yīng)的失效定位技術(shù)

6、半導(dǎo)體主要失效機(jī)理分析

電應(yīng)力(EOD)損傷

靜電放電(ESD)損傷

封裝失效

引線鍵合失效

芯片粘接不良

金屬半導(dǎo)體接觸退化

鈉離子沾污失效

氧化層針孔失效


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