六个步骤层层排查,探明这枚SN6505BDBVT上机短路的真相

日期:2022-09-01 16:01:00 浏览量:1156 标签: 集成电路 X-Ray检查 开盖检查 电特性分析 外观检查 失效分析


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集成电路上机失效,原因复杂多样,常见原因有:制造工艺缺陷、环境因素、SMT工序、产品的设计缺陷、EMC电磁兼容设计、过压过流、静电(ESD)损坏等。

 

本次案例,客户端反馈手中一批SN6505BDBVT驱动器上机贴片后出现输出不良情况,不良率仅为0.1%(失效品仅1颗)。一枚成熟的产品发生如此失效问题,客户先求助FAE对前端排查,结果并未发现相关设计、外围元器件以及焊接等方面存在异常。既然从电路方面查不出原因,客户就寻求我们创芯检测的帮助,希望从元器件本身入手,查明原因所在。

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除了失效样品(编号为B1#),客户还提供了一颗良品(编号为A1#)以供对比分析。至于失效的原因是什么,您可以先猜一猜,再跟随我们一起经由测试,来验证您的想法。

 

 

测试过程

 

步骤1:外观检查

 

目的:对收到的样品进行外观检查,确认器件封装丝印是否完整,是否有重新打磨翻新等痕迹,塑封体表面是否存在明显破损、引脚完整性等基本信息。

 

检测结果:对所提供样品进行检查,不论是良品(A1#还是失效品B1#)均未发现二次涂层、丝印重新打磨的痕迹。另外,良品和失效品引脚尾端均发现助焊剂残留的痕迹,表明这两颗芯片确实都是上过机的。

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步骤2:电特性分析

 

目的:为了复现产品的失效问题,对好坏样品的寄生二极管特性部分进行测量,确认输出端是否有明显损坏。

 

器件引脚说明图


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测试条件:将失效品(B1#)接入电路并连接示波器,显示屏横轴每个栅格表示电压为0.5V纵轴每个栅格表示电流为0.5mA。

 

结果:通过与良品电特性分析比对,确认器件的失效品D2对GND之间二极管特性曲线图像为短路模式,由于D2为输出端,当MOS器件的D2漏极输出端对地之间短路时,输出端大部分电流以衬底(GND)的方向泄漏,导致电平直接被拉低。

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步骤3:X-Ray检查

 

目的:确认存在短路之后,利用X-Ray探查元器件内部结构是否存在异常,来验证失效是否因为封装问题所引起。

 

测试结果:经过比对良品与失效品内部图像,并未发现封装内部结构、键合丝和die上存在明显异常。为探明失效原因,下面就必须进行破坏性测试。


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步骤4:开盖检查

 

目的:开盖检查失效品(B1#die上是否存在工艺缺陷与烧毁迹象。

 

测试结果:经金相显微镜检查,die上未发现异常现象。


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步骤5:热点分析(OBIRCH

 

目的热点分析的原理,是用激光在芯片表面扫描,激光束的能量会被芯片吸收转化为热量。若芯片存在缺陷,则缺陷处的能量将不会被传导和分散,从而导致缺陷处温度升高,并使阻值变化。

 

在扫描同时对芯片施加一定的电压和电流,在缺陷处就会引起电压和电流的变化。通过将激光扫描到温度变化的位置,与电压和电流发生变化的位置相叠生成图像,就可以定位热点。

 

热点分析可有效探查芯片中金属线的空洞、通孔下的空洞,通孔底部高电阻区等,也能有效检测短路或漏电。在X-Ray和开盖都没有发现异常的情况下,就要看进行热点分析能不能为我们打开局面。

 

测试条件的评估:为了避免二次损坏,分析评估后对D2-GND之间的上电要求选定如下:测试电压为0.10V,电流为2.45mA,分别在5.0x和20.0x的倍率下测试。

 

测试结果:热点分析失效样品(B1#),在5.0x和20x倍率下,观察到die局部存在两处热点。接下来的工作,就是要在die之中,锁定它们的具体位置。


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步骤6:去层分析

 

目的:由于引发芯片失效的缺陷点往往发生位于芯片下层的结构,因此有必要对热点分析发现的热点区域进行去层分析,来锁定样品缺陷点的具体位置。

 

分析结果:对失效品(B1#)热点分析异常区域进行去层分析,去层Solder、TM、M2时均未发现明显异常,进一步去层到M1时发现明显烧熔痕迹。探明芯片内损伤的点之后,我们就可以进一步分析,得出失效原因的最终结论。

 

去层分析步骤1—Die_Solder:在此层未发现异常


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去层分析步骤2—Die_TM:在此层未发现异常


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去层分析步骤3—Die_M2:在此层未发现异常


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去层分析步骤4—Die_M1:在此层发现金属线烧熔点


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分析总结和改善建议

 

分析过程:客户端反馈型号SN6505BDBVT驱动器上机贴片后出现输出不良,不良率仅为0.1%(失效品1颗)。对客户端提供的失效样品进行I-V特性曲线量测,确认输出端D2与GND之间表现为短路。

 

为了探究短路的最终原因,我们对此样品进行X-Ray和开盖检查,结果未发现任何异常,进一步通过OBRICH侦测和去层分析后,在M1局部发现了明显烧毁痕迹,最终根据M1烧毁形貌特征,确认失效机理为ESD损伤。

 

结论:综上分析SN6505BDBVT驱动器客户端反馈输出不良的原因为ESD损伤导致D2与GND之间损坏,从而间接或直接导致芯片短路失效。 

 

建议:优化电网保护设计,注意防静电措施。在特殊条件下,可以参考器件的ESD防控指标进行试验,进一步确保整机产品具备完善的抗干扰能力。一旦物料出现失效情况,推荐您寻求专业IC检测机构的帮助排查出失效原因

 

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