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元器件失效分析方法

2019.01.23

器件一旦壞了,千萬不要敬而遠之,而應該如獲至寶。

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。社會的發展就是一個發現問題解決問題的過程,出現問題不可怕,但頻繁出現同一類問題是非常可怕的。 

失效分析基本概念

定義:對失效電子元器件進行診斷過程。

1、進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。

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

3、失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式,如開路、短路、參數漂移、功能失效等。

4、失效機理是指失效的物理化學過程,如疲勞、腐蝕和過應力等。

失效分析的一般程序

1、收集現場場數據

2、電測并確定失效模式

3、非破壞檢查

4、打開封裝

5、鏡驗

6、通電并進行失效定位

7、對失效部位進行物理、化學分析,確定失效機理。

8、綜合分析,確定失效原因,提出糾正措施。

1、收集現場數據:

應力類型

試驗方法

可能出現的主要失效模式

電應力

靜電、過電、噪聲

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

熱應力

高溫儲存

金屬-半導體接觸的Al-Si互溶,歐姆接觸退化,pn結漏電、Au-Al鍵合失效

低溫應力

低溫儲存

芯片斷裂

低溫電應力

低溫工作

熱載流子注入

高低溫應力

高低溫循環

芯片斷裂、芯片粘接失效

熱電應力

高溫工作

金屬電遷移、歐姆接觸退化

機械應力

振動、沖擊、加速度

芯片斷裂、引線斷裂

輻射應力

X射線輻射、中子輻射

電參數變化、軟錯誤、CMOS電路的閂鎖效應

氣候應力

高濕、鹽霧

外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數漂移

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,現場失效多數由靜電放電(ESD)和過電應力(EOS)引起。

電參數失效,需進行較復雜的測量,主要表現形式有參數值超出規定范圍(超差)和參數不穩定。

確認功能失效,需對元器件輸入一個已知的激勵信號,測量輸出結果。如測得輸出狀態與預計狀態相同,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。功能失效和電參數失效的根源時常可歸結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設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測試方法進行電測,結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。

3、非破壞檢查

名稱

應用優勢

主要原理

X射線透視技術

以低密度區為背景,觀察材料的高密度區的密度異常點

透視X光的被樣品局部吸收后成象的異常

反射式掃描聲學顯微術(C-SAM)

以高密度區為背景,觀察材料內部空隙或低密度區

超聲波遇空隙受阻反射


4、打開封裝

開封方法有機械方法和化學方法兩種,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。?

機械開封

?化學開封

5、顯微形貌像技術

光學顯微鏡分析技術

掃描電子顯微鏡的二次電子像技術

電壓效應的失效定位技術

6、半導體主要失效機理分析

電應力(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

金屬半導體接觸退化

鈉離子沾污失效

氧化層針孔失效


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