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元器件失效分析

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发表于 2016-10-24 10:13:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
器件一旦坏了,千万不要敬而远之,而应该如获至宝。
开车的人都知道,哪里最能练出驾驶水平?高速公路不行,只有闹市和不良路况才能提高水平。社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程,出现问题不可怕,但频繁出现同一类问题是非常可怕的。
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

        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。

        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

5.jpg


6.jpg

          X-Ray 真伪鉴别----空包弹(图中可见,未有晶粒)

7.jpg

          “徒有其表”

8.jpg

          下面这个才是货真价实的

9.jpg

          X-Ray用于产地分析(下图中同品牌同型号的芯片)

10.jpg

          X-Ray 用于失效分析(PCB探伤、分析)

12.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)

14.jpg

        4、打开封装
        开封方法有机械方法和化学方法两种,按封装材料来分类,微电子器件的封装种类包括玻璃封装(二极管)、金属壳封装、陶瓷封装、塑料封装等。Œ
        机械开封
        化学开封
        15.jpg
        16.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
        17.jpg
        18.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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