電子元件失效分析技術(shù)-展示頁
2025-01-30 15:42本頁面
【正文】 高密度區(qū)的密度異常點(diǎn)（主要用來判定引線斷裂） 透視 X光被樣品局部吸收后成像的異常 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)（主要用來判定封裝內(nèi)的空隙和芯片粘接失效） 超聲波（ 5－100MHz)遇空隙受阻反射 CSAM的工作原理圖 典型的 C－ SAM掃描出的圖片 紅色區(qū)域?yàn)樾酒cL/F之間有空隙 ? 主要步驟： 打開封裝 去鈍化層 去除金屬化層 剖切面 染色 ? 機(jī)械開封（磨，撬，加熱等方法） 主要針對金屬封裝的器件。 ? 在缺少復(fù)雜功能測試設(shè)備時，有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試，結(jié)合物理失效分析技術(shù)，仍然可以獲得令人滿意的失效分析結(jié)果。 ? 一般只有一個主要失效模式，該失效模式可能引發(fā)其他失效模式。 電子元器件電測失效之間的相關(guān)性 ? 例如數(shù)字集成電路，連接性失效可引起電參數(shù)失效和功能失效。 電參數(shù)失效（值超出范圍和參數(shù)不穩(wěn)定） 例如：電流增益、光電流、暗電流等。 ? 失效發(fā)生期包括：失效樣品的經(jīng)歷、失效時間處于早期失效、隨機(jī)失效或磨損失效。 ? 失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境、元器件在電路圖上的位置和所受電偏置的情況。 失效分析案例 ? 案例 1： GaAs微波器件的失效分析，表現(xiàn)為 緩慢減小，通過研究金屬－半導(dǎo)體接觸退化的機(jī)理，確定了金半接觸處原子互擴(kuò)散是根本原因，提出了增加阻擋層作為改進(jìn)措施，通過對比改進(jìn)前后的可靠性評價，證明了失效分析的有效性。 ? 例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。 ? 失效物理模型： ? 應(yīng)力－強(qiáng)度模型（適于瞬間失效） ? 失效原因：應(yīng)力 強(qiáng)度 ? 例如：過電應(yīng)力（ EOS）、靜電放電（ ESD）、閂鎖（ Latch up）等。 其中淀積 Al時提高硅片的溫度可以提高 Al原子的晶塊體積，可以改善電遷移。 ? 失效機(jī)理：指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。電子元器件失效分析技術(shù) Failure Analysis 編著：張紅波 一、電子元器件失效分析技術(shù) ? 、失效分析的基本概念 ? 、失效分析的重要意義 ? 、失效分析的一般程序 ? 、收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù) ? 、以失效分析為目的的電測技術(shù) ? 、無損失效分析技術(shù) ? 、樣品制備技術(shù) ? 、顯微形貌像技術(shù) ? 、以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù) ? 、以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù) ? 、電子元器件化學(xué)成份分析技術(shù) 失效分析的基本概念 ? 目的： 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)理重復(fù)出現(xiàn)。 ? 失效模式：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。 ? 引起開路失效的主要原因： ? 過電損傷、靜電擊穿（ SEM、圖示儀）、金屬電遷移、金屬的化學(xué)腐蝕、壓焊點(diǎn)脫落、閂鎖效應(yīng)。 典型的閂鎖效應(yīng)電源對地的 I－ V曲線 V I ? 引起漏電和短路失效的主要原因： ? 顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、 PN結(jié)微等離子擊穿、 Si－ Al互溶 Al 穿釘 V I V I 正常 PN結(jié)反向曲線 微等離子擊穿 PN結(jié)反向曲線 ? 引起參數(shù)漂移的主要原因： ? 封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子粘污、歐姆接觸退化、金屬電遷移、輻射損傷 ? 例： ? Pad點(diǎn)處無鈍化層，有水汽的話，會導(dǎo)致短路，水汽蒸發(fā)后又恢復(fù)絕緣性，表現(xiàn)為工作時參數(shù)不穩(wěn)定。 ? 應(yīng)力－時間模型 （適于緩慢退化） ? 失效原因：應(yīng)力的時間積累效應(yīng)，特性變化超差。 溫度應(yīng)力－時間模型 反應(yīng)速度符合下面的規(guī)律 kTEAedtdM ??（ M是溫度敏感參數(shù)， E是與失效機(jī)理有關(guān)的激活能） （ ﹡ 十度法則：從室溫開始，每提高 10度，壽命減半） )( 00 ttAeMM kTEt ????積分 產(chǎn)品平均壽命的估算 CdtdML ??kTEBLAeL kTE???ln11TB lnL 21T ? 電子元器件研制階段 糾正設(shè)計(jì)和研制中的錯誤，縮短研制周期 ? 電子元器件生產(chǎn)階段、測試和使用階段 查找失效原因，判定失效的責(zé)任方 ? 根據(jù)分析結(jié)果，生產(chǎn)廠可以改進(jìn)元器件的設(shè)計(jì)和工藝，用戶可以改進(jìn)電路板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)器件和整機(jī)的測試和使用的環(huán)境參數(shù)或者改變供貨商。 DSSIMESFET端面圖 半絕緣 GaAs襯底 S G D 導(dǎo)電溝道 N＋ DSSI為最大飽和漏電流 ＋ ＋ ＋ ＋ ? 收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù) ? 電測并確定失效模式 ? 非破壞性
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