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精品信息

元器件失效分析方法

2018-05-29 09:43瀏覽數(shù):218

元器件失效分析方法

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(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(xiàn)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

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(xiàn)場數(shù)據(jù)


應力類型

試驗方法

可能出現(xiàn)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(jié)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(jié)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(huán)

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(shù)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(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)和過電應力(EOS)引起。


電參數(shù)失效,需進行較復雜的測量,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(jié)果。如測得輸出狀態(tài)與預計狀態(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)失效的根源時常可歸結(jié)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(shù)測試方法進行電測,結(jié)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(jié)果。


3、非破壞檢查


名稱

應用優(yōu)勢

主要原理

X射線透視技術

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

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(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

元器件失效分析方法1.jpg

X-Ray檢測,即為在不破壞芯片情況下,利用X射線透視元器件(多方向及角度可選),檢測元器件的封裝情況,如氣泡、邦定線異常,晶粒尺寸,支架方向等。

元器件失效分析方法2.jpg

適用情境:檢查邦定有無異常、封裝有無缺陷、確認晶粒尺寸及l(fā)ayout

優(yōu)勢:工期短,直觀易分析

劣勢:獲得信息有限

局限性:

1、相同批次的器件,不同封裝生產(chǎn)線的器件內(nèi)部形狀略微不同;

2、內(nèi)部線路損傷或缺陷很難檢查出來,必須通過功能測試及其他試驗獲得。

案例分析:

X-Ray 探傷----氣泡、邦定線

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?zhèn)舞b別----空包彈(圖中可見,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


下面這個才是貨真價實的

元器件失效分析方法7.jpg

X-Ray用于產(chǎn)地分析(下圖中同品牌同型號的芯片)

元器件失效分析方法8.jpg

 X-Ray 用于失效分析(PCB探傷、分析)

元器件失效分析方法9.jpg

(下面這個密密麻麻的圓點就是BGA的錫珠。下圖我們可以看出,這個芯片實際上是BGA二次封裝的)

元器件失效分析方法10.jpg


4、打開封裝



元器件失效分析方法11.jpg元器件失效分析方法12.jpg


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

元器件失效分析方法13.jpg
元器件失效分析方法14.jpg

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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