元器件失效分析方法
器件一旦壞了,千萬不要敬而遠之,而應該如獲至寶。
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。社會的發展就是一個發現問題解決問題的過程,出現問題不可怕,但頻繁出現同一類問題是非常可怕的。 失效分析基本概念
定義:對失效電子元器件進行診斷過程。1、進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。
2、失效分析的目的是確定失效模式和失效機理,提出糾正措施,防止這種失效模式和失效機理的重復出現。
3、失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式,如開路、短路、參數漂移、功能失效等。4、失效機理是指失效的物理化學過程,如疲勞、腐蝕和過應力等。
失效分析的一般程序1、收集現場場數據2、電測并確定失效模式3、非破壞檢查4、打開封裝5、鏡驗6、通電并進行失效定位7、對失效部位進行物理、化學分析,確定失效機理。8、綜合分析,確定失效原因,提出糾正措施。
1、收集現場數據:
應力類型試驗方法可能出現的主要失效模式電應力靜電、過電、噪聲MOS器件的柵擊穿、雙極型器件的pn結擊穿、功率晶體管的二次擊穿、CMOS電路的閂鎖效應熱應力高溫儲存金屬-半導體接觸的Al-Si互溶,歐姆接觸退化,pn結漏電、Au-Al鍵合失效低溫應力低溫儲存芯片斷裂低溫電應力低溫工作熱載流子注入高低溫應力高低溫循環芯片斷裂、芯片粘接失效熱電應力高溫工作金屬電遷移、歐姆接觸退化機械應力振動、沖擊、加速度芯片斷裂、引線斷裂輻射應力X射線輻射、中子輻射電參數變化、軟錯誤、CMOS電路的閂鎖效應氣候應力高濕、鹽霧外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數漂移
2、電測并確定失效模式電測失效可分為連接性失效、電參數失效和功能失效。連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試,現場失效多數由靜電放電(ESD)和過電應力(EOS)引起。
電參數失效,需進行較復雜的測量,主要表現形式有參數值超出規定范圍(超差)和參數不穩定。
確認功能失效,需對元器件輸入一個已知的激勵信號,測量輸出結果。如測得輸出狀態與預計狀態相同,則元器件功能正常,否則為失效,功能測試主要用于集成電路。
三種失效有一定的相關性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數失效的根源時??蓺w結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設備和測試程序的情況下,有可能用簡單的連接性測試和參數測試方法進行電測,結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。3、非破壞檢查
名稱應用優勢主要原理X射線透視技術以低密度區為背景,觀察材料的高密度區的密度異常點透視X光的被樣品局部吸收后成象的異常反射式掃描聲學顯微術(C-SAM)以高密度區為背景,觀察材料內部空隙或低密度區超聲波遇空隙受阻反射
X-Ray檢測,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:檢查邦定有無異常、封裝有無缺陷、確認晶粒尺寸及layout優勢:工期短,直觀易分析劣勢:獲得信息有限局限性:1、相同批次的器件,不同封裝生產線的器件內部形狀略微不同;2、內部線路損傷或缺陷很難檢查出來,必須通過功能測試及其他試驗獲得。
案例分析:X-Ray 探傷----氣泡、邦定線X-Ray 真偽鑒別----空包彈(圖中可見,未有晶粒)“徒有其表”下面這個才是貨真價實的X-Ray用于產地分析(下圖中同品牌同型號的芯片)X-Ray 用于失效分析(PCB探傷、分析)(下面這個密密麻麻的圓點就是BGA的錫珠。下圖我們可以看出,這個芯片實際上是BGA二次封裝的)
4、打開封裝開封方法有機械方法和化學方法兩種,按封裝材料來分類,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。?
機械開封?化學開封
5、顯微形貌像技術光學顯微鏡分析技術掃描電子顯微鏡的二次電子像技術電壓效應的失效定位技術
6、半導體主要失效機理分析電應力(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機 技術規格:
型號 |
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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溫度波動度 |
≤1℃(≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示) |
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升溫時間 |
+20℃~+150℃/約45min (空載) |
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降溫時間 |
+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) |
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低溫系統適應性 |
獨特的設計滿足全溫度范圍內壓縮機自動運行 |
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設備運行方式 |
定值運行、程序運行 |
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制冷系統 |
制冷壓縮機 |
進口全封閉壓縮機 |
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冷卻方式 |
風冷(水冷選配) |
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加濕用水 |
蒸餾水或去離子水 |
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**保護措施 |
漏電、短路、超溫、缺水、電機過熱、壓縮機超壓、過載、過流 |
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標準裝置 |
試品擱板(兩套)、觀察窗、照明燈、電纜孔(?50一個)、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標準色) |
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內壁材料 |
SUS304不銹鋼板 |
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保溫材料 |
硬質聚氨脂泡沫 |
可程式恒溫恒濕試驗機選型: