元器件失效分析方法
器件一旦壞了,千萬(wàn)不要敬而遠(yuǎn)之,而應(yīng)該如獲至寶。
開車的人都知道,哪里*能練出駕駛水平?高速公路不行,只有鬧市和**路況才能提高水平。社會(huì)的發(fā)展就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的過(guò)程,出現(xiàn)問(wèn)題不可怕,但頻繁出現(xiàn)同一類問(wèn)題是非??膳碌?。 失效分析基本概念
定義:對(duì)失效電子元器件進(jìn)行診斷過(guò)程。1、進(jìn)行失效分析往往需要進(jìn)行電測(cè)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(guò)程,如疲勞、腐蝕和過(guò)應(yīng)力等。
失效分析的一般程序1、收集現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)數(shù)據(jù)2、電測(cè)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(duì)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(chǎng)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(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)、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(cè)并確定失效模式電測(cè)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(cè)試,現(xiàn)場(chǎng)失效多數(shù)由靜電放電(ESD)和過(guò)電應(yīng)力(EOS)引起。
電參數(shù)失效,需進(jìn)行較復(fù)雜的測(cè)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(duì)元器件輸入一個(gè)已知的激勵(lì)信號(hào),測(cè)量輸出結(jié)果。如測(cè)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(cè)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(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序的情況下,有可能用簡(jiǎn)單的連接性測(cè)試和參數(shù)測(cè)試方法進(jìn)行電測(cè),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(shì)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
X-Ray檢測(cè),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(cè)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。
適用情境:檢查邦定有無(wú)異常、封裝有無(wú)缺陷、確認(rèn)晶粒尺寸及l(fā)ayout優(yōu)勢(shì):工期短,直觀易分析劣勢(shì):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(lái),必須通過(guò)功能測(cè)試及其他試驗(yàn)獲得。
案例分析:X-Ray 探傷----氣泡、邦定線X-Ray 真?zhèn)舞b別----空包彈(圖中可見,未有晶粒)“徒有其表”下面這個(gè)才是貨真價(jià)實(shí)的X-Ray用于產(chǎn)地分析(下圖中同品牌同型號(hào)的芯片)X-Ray 用于失效分析(PCB探傷、分析)(下面這個(gè)密密麻麻的圓點(diǎn)就是BGA的錫珠。下圖我們可以看出,這個(gè)芯片實(shí)際上是BGA二次封裝的)
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(lái)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**金屬半導(dǎo)體接觸退化鈉離子沾污失效氧化層針孔失效
可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī) 技術(shù)規(guī)格:
型號(hào) |
SEH-150 |
SEH-225 |
SEH-408 |
SEH-800 |
SEH-1000 |
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工作室尺寸(cm) |
50×50×60 |
50×60×75 |
60×80×85 |
100×80×100 |
100×100×100 |
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外形尺寸(cm) |
115×75×150 |
115×85×165 |
130×105×170 |
165×105×185 |
170×125×185 |
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性 能 |
溫度范圍 |
0℃/-20℃/-40℃/-70℃~+100℃/+150℃/+180℃ |
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溫度均勻度 |
≤2℃ |
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溫度偏差 |
±2℃ |
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溫度波動(dòng)度 |
≤1℃(≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示) |
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升溫時(shí)間 |
+20℃~+150℃/約45min (空載) |
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降溫時(shí)間 |
+20℃~-20℃/30min/ +20℃~-40℃/50min/ +20℃~-70℃/60min/(空載) |
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濕度范圍 |
(10)20~98%RH |
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濕度偏差 |
±3%(>75%RH), ±5%(≤75%R上) |
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溫度控制器 |
中文彩色觸摸屏+ PLC控制器(控制軟件自行開發(fā)) |
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低溫系統(tǒng)適應(yīng)性 |
獨(dú)特的設(shè)計(jì)滿足全溫度范圍內(nèi)壓縮機(jī)自動(dòng)運(yùn)行 |
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設(shè)備運(yùn)行方式 |
定值運(yùn)行、程序運(yùn)行 |
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制冷系統(tǒng) |
制冷壓縮機(jī) |
進(jìn)口全封閉壓縮機(jī) |
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冷卻方式 |
風(fēng)冷(水冷選配) |
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加濕用水 |
蒸餾水或去離子水 |
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**保護(hù)措施 |
漏電、短路、超溫、缺水、電機(jī)過(guò)熱、壓縮機(jī)超壓、過(guò)載、過(guò)流 |
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標(biāo)準(zhǔn)裝置 |
試品擱板(兩套)、觀察窗、照明燈、電纜孔(?50一個(gè))、腳輪 |
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電源 |
AC380V 50Hz 三相四線+接地線 |
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材料 |
外殼材料 |
冷軋鋼板靜電噴塑(SETH標(biāo)準(zhǔn)色) |
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內(nèi)壁材料 |
SUS304不銹鋼板 |
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保溫材料 |
硬質(zhì)聚氨脂泡沫 |
可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)選型: