元器件失效分析方法

lilino

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。
4 A3 {( ?# h5 Z& y2 B　　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。
! `! u( M6 w& p" A5 v　　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。
5 N$ o8 R$ I* D% b' {7 H4 G　　失效分析的一般程序
* r0 x7 z6 l. o$ R+ D" [6 O. P　　1、收集现场场数据

: \( D, N0 k! J3 F2 S9 p7 G　　2、电测并确定失效模式
$ ~% N* v6 m" F* b　　3、非破坏检查

       4、打开封装
1 [( n- A" h$ Q0 n" G　　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。
. U/ F  f+ Q( @4 p- _2 F　　1、收集现场数据：
　　2、电测并确定失效模式
, V' F9 p8 C' S! r　　电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。
6 l" S$ ^+ I! h: ]　　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。
) |7 y" c: A& \1 Z$ _# Z6 U　　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。
1 v- _* z0 f: ?. m　　3、非破坏检查

+ F# `( Z1 N2 Q; y* k　　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：
* o2 F6 i: U- h$ J$ ~9 \7 l" I　　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。
8 ]: w1 i. d2 ~# l* a+ M　　案例分析：
　　X-Ray 探伤----气泡、邦定线

　　X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）

　　“徒有其表”

/ G7 N" ]! J6 s& Z  ], }　　下面这个才是货真价实的

　　X-Ray用于产地分析（下图中同品牌同型号的芯片）

　　X-Ray 用于失效分析（PCB探伤、分析）

　　（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）

　　4、打开封装
* y0 L6 Z% z* r0 V% W　　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。

　　机械开封
　　化学开封
" I- S/ i  B( o  ~　　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
　　6、半导体主要失效机理分析

+ y% n' {6 R1 f8 H- I　　电应力（EOD）损伤
　　静电放电（ESD）损伤
- p. i) d8 o7 w# f　　封装失效
　　引线键合失效
8 e. [- }0 X+ n- {% R, K8 \6 k　　芯片粘接不良
4 x) O4 Q( O5 q4 X7 c" M3 @5 }　　金属半导体接触退化
- ^" N0 N/ m( z* L/ R1 W, I　　钠离子沾污失效
　　氧化层针孔失效

9 a+ u9 @0 P! l' u2 f$ F- P8 }

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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。