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本帖最后由 Heaven_1 于 2023-8-28 10:29 编辑 % I: Y: D9 P2 h8 m
2 P/ u8 }2 R) v3 I% C m5 [# m' c4 T( P- X! s2 `
电子元器件失效是指其功能完全或部分丧失、参数漂移，或间歇性地出现上述情况。电子元器件分析是对已失效元器件进行的一种事后检查。根据需要，使用电测试及必要的物理、金相和化学分析技术，验证所报告的失效，确认其失效模式，找出失效机理
0 f7 v$ o& W7 c* s4 F7 ^# q8 @0 V. h; R3 G+ e
主要分析对象包括电阻器、电容器、电感器、连接器、继电器、变压等原件，二极管、三极管、MOS、可控硅、桥堆、IGBT等半导体分立器件，各种规模、各种封装形式的集成电路，射频、微波器件，电源模块、光电模块等各种元器件和模块。1 n; j, O( X1 m4 W
失效分析检测流程
5 j7 F! s& o% l1 j2 Z9 ]+ l1. 资料收集和分析，了解失效现象和失效背景；
, k. r5 H5 ^6 }, e2 X2. 鉴别失效模式- t7 @3 J; Z6 X$ h
3. 失效现象的观察和判定; Q6 c V5 A3 }4 S$ ]0 S9 V' K* z U
4. 检查外观
7 \, W* ]4 O0 x5. 证实失效
! E7 d/ T# u& e2 U% q7 e6. 失效点定位
]* ]0 r% I7 E) j7. 失效点解析4 t! t6 ^3 y, f1 _
鉴别失效模式9 h2 l6 `9 J6 q6 f7 G
最直接的失效模式是开路、短路、时开时断、功能异常、参数漂移等2 y8 C- ?) t; s% \- I+ ?
失效现象的观察与判定( D3 A& P3 G% _
（1）外观检查检测手段：肉眼，体式显微镜，金相显微镜，测量显微镜，扫描电镜 EDS(如果需要化学成分分析）测试内容：机械损伤、腐蚀、管脚桥接、处于引脚之间的封装表面上的污染物（可能引起漏电或短路）、标记完整性；外观的完整性观察如微裂纹。黑胶和引线框架封接处的分层、焊缝上的裂纹、沙眼、空洞、焊区内的小缺陷等，EOS/热效应引起的器件变色。
( |3 ^3 V9 E/ N: D% \金相显微镜9 R2 M/ m/ t$ }* g2 y, W5 ~3 ]8 V
设备型号：LV150N# A& P; L- ?# D9 _
放大倍率：50倍到1000倍
+ I0 s% T6 w" t, O" k: ] `) c0 F分辨率：0.2um
, f' I9 }% G F. }% e4 j+ w体式显微镜
% m, A# w" [: \' Y+ l( o/ d9 e设备型号：1 v9 O) N' r( C% j
蔡司Discovery.V20
' q7 J& P5 X# e. ^) S放大倍率：几倍到150倍
* d2 B3 g, A# `测量显微镜：
) L. H1 X5 s: G设备型号：OLYMPUS-DSX500! ^/ |* A; B& A. U
放大倍率：50倍到1000倍4 U( g5 y. |1 L$ O% N2 c, \1 o; k
（2）电性能测试8 G( U0 @5 E* I% S7 R7 L
检测手段：半导体参数测试仪，探针台,示波器，ATE自动测试仪测试内容：判断失效现象是否与原始资料相符，分析失效现象可能与哪一部分有关，具体有连接性失效、电参数失效和功能失效。简单的连接性测试和参数测试，结合物理失效分析技术，可获得令人满意的失效分析结果。
, O+ p: A u5 p$ q. cIV曲线测量仪' [' C3 Q) k7 d
设备型号：CT2-512X4S# D4 n! T. H0 L
最大电压：10V( z$ G7 L# {- `1 T
最大电流：100mA1 q- b* B3 y7 ^
证实失效
# s' w1 i& z& g" a8 I通过外部电性测试来判断器件是否失效。检测手段：半导体参数测试仪，探针台,示波器，ATE自动测试仪测试内容：使用不同的测试条件，尽量模拟可能的失效状况。对Soft failure或间歇性失效，测试时只改变其中一个参数，如电压、温度、频率、脉冲宽度等，来表征器件的好/坏界限和判断器件正常工作的区间。2 B1 z, Q6 r+ `: i- A( }5 N
失效点定位 h1 b' @" ?# X1 p1 e
通过外部电性测试来判断器件是否失效。（1）失效点定位2D X-ray/3D CT :确定键合位置与引线调整不良，芯片或衬底安装中的空隙、开裂、虚焊、开焊等。
. O$ H# M- P, |0 e' w( p% UX射线检测系统
1 n5 h* A6 n7 w) M5 a设备型号：Phoenix X|aminer
- j( D7 [" c+ ~2D分辨率：0.5um；
% N6 |- e) r+ ~8 M/ g1 F% g3D分辨率：1.5um; . q" j( B- a" x1 Z$ c% t
超声波扫描显微镜（SAT）：检测空洞、裂缝、不良粘接和分层剥离等缺陷。% _) Z3 Z: e1 g* [, M! o9 k
超声波扫描显微镜
; V% v6 i5 u& n+ o$ Q设备型号：Sonosca-SAM D9000) Z6 R/ B* b# I# p; N4 J4 i. [9 [ D
探头频率：15MHZ、30MHZ、 50MHZ、230MHZ; P O5 [5 j0 h {; C L) o
分辨率：5um
& f" U3 L/ A) m微光显微镜（EMMI）：检测芯片上失效部位因电子-空穴复合产生的发光点) j' s( z1 A( ]- N. a' z" k
微光显微镜' X" M3 [, N; p! O
设备型号：SEMICAPS SOM 1100
% C1 k) @5 y3 A0 PInGaAs红外波长：900-1700nm. C @. |7 u2 k( d4 t3 }1 r: b
X-Y-Z 移动范围：50*50*100 毫米
/ |, `5 U+ F# F8 V3 Y/ z3 W1 G( y激光显微镜(obirch)：主要侦测IC内部所放出光子，故障点定位、金属层缺陷。
. A# O+ v! Y, w" P激光显微镜
' E( U# K/ L ?设备型号：SEMICAPS SOM 11000 |/ Z) ^5 c, a& h9 J8 o
扫描像素：2048*2048 pixel
- P0 b) A8 ]: l9 _) b) l（2）失效点定位预处理
0 j% z1 E ?* L" Y化学自动开封：塑料器件喷射腐蚀开封：一般用于用于环氧树脂密封的器件，即对器件进行部分开封，暴露芯片表面或背面，但保留芯片、管脚和内引线和压焊点的完整性寄电学性能完整，为后续失效定位做准备，因此也被归为失效定位的范畴内。此步骤的关键是保持器件的电学特性开封前后的一致性。/ u9 G) E. N, n* b0 p. F
失效点解析
6 } P) _/ S* W$ |1 A通过开封，研磨（CP/MP），干湿法剥层，一系列离子束（FIB）,电子束（SEM,TEM）,能谱（EDX）和表面分析（Auger，XPS，SIMS等）设备观察失效部位的形状、大小、位置、颜色、机械和物理结构、特性、成分及分布等，综合表征与上述失效模式有关的各种失效现象。/ U. a# n; H6 O* d; e
聚焦离子束FIB; J- m0 L. H# ?4 q+ g; r
设备型号：HELIOS NA OL B600i
0 l* z" J- K4 S; b m5 [9 L( L离子束加速电压：500V-30kV;
" f1 a5 Z' p& P; Y6 p, M束流强度：1pA-65Na6 m- j7 `/ n$ t3 s
交叉点分辨率：4.5nm@30kv
0 m- q# i* a; [+ W* Z9 L精研一体机
: m0 F0 a& E) ]! o设备型号：Leica EM TXP
, C8 J+ p' ]8 }- K- d4 |& O从300到20000 rpm 的可变速度
) t* X' w) w, H* L5 D* f% Y3 T点停式调整装置可实现在纵向上旋转
9 O$ {" u9 D! M& S$ }6 Z* f等离子去层仪( X/ x* C8 K a" Q5 b8 L0 g7 _5 _: @& j
设备型号：RIE-10NR4 f: X# L9 |4 s* u( u
刻蚀速率：70-80nm
" |% p6 S9 p4 L' ~SEM扫描显微镜
5 `1 L3 ^8 [. R设备型号：NOVA NANOSEM 4500 Z; n! D- L$ [
电子枪：高亮度肖特基场发射电子枪
$ o/ i( G9 e# S- T分辨率：0.9nm@15KeV6 }& w; |" a7 s0 O% Y+ K
1.4nm@1KeV
! h6 B8 ^+ h3 R/ T; E: _: D 减速模式1.2nm@1KeV
) I! z2 Q& v, d) L最大样品尺寸：180mm(不能倾转样品)3 f( [% l5 u' b5 Z
倾转角度：-60°至 90°
) X, ]7 e& P7 b! j/ P9 @( RSEM扫描结果图. o! F5 q4 O2 R3 T
三．实际案列展示
; |9 _: m; u# Z4 k2 F: F1. EMMI定位热点，对热点位置进行FIB离子束切割定位失效（1）在EMMI下，加压10V,电流为3.5mA,物镜放大5X，曝光时间2s，抓到热点；
& g& F3 b4 V u$ r: {7 h4 _, |（2）在EMMI下，加压10V,电流为3.5mA，物镜放大20X，曝光时间2s，定位热点；
, e1 {# {) _, D- f7 P! m3 Q（3）在FIB下，WD=13.1mm，30.00kv，3000X,发现异常点；
- N; K& ?2 }* H2 @& A5 P（4）在FIB下，加压10V,WD=5.4mm电压10kv，离子束切割异常点。6 ]# l5 H2 h4 F2 h9 [
2. IV对比曲线异常，对失效品开封去层后定位失效（1）在IV曲线测试仪下，测PIN1脚对PIN2,3,4引脚发现良品与失效品存在明显差异；
( x+ R: w8 c/ Y5 a（2）对失效品开封去层后发现异常点。- K8 @5 y7 L6 H
& G; k( h( C, V0 l# R, p2 \8 v r: y E
半导体经验分享，半导体成果交流，半导体信息发布。半导体行业动态，半导体从业者职业规划，芯片工程师成长历程。
0 m# J4 c3 a9 X9 J) \$ _8 |! q; E# _( e; e4 K
% Y4 X% V+ q/ b! H# e" Y
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发表于 2023-8-28 10:30