由外及里锁定芯片失效源头，告诉你如何防范爆米花效应
日期：2024-04-02 16:47:00 浏览量：358 标签: 失效分析
小小一颗元器件，从运输、储存再到生产线流程，最终成功上机并不是想象中那样简单，这其中每个环节都有要注意的点。如果说元器件失效导致PCBA无法正常工作，排查工作会很繁琐。不仅如此，对于一般终端制造商来说，即便锁定到具体某一个元器件问题，但受限于条件，也无法深入探查其根本原因。
创芯检测通过长期服务客户的经验积累，我们的工作不止于精确查明失效原因，更在于给出切实可行的建议，帮助客户避免类似问题。
一、案例背景
终端客户某款电器产品，其PCBA经SMT后测试发现无输出，最终排查为运放器无输出导致。该问题导致线上紧急停产，客户急需查明失效的根本原因。创芯检测接到用户需求并介入后，从失效运放器入手，通过外观检查、电特性测试、X-Ray测试、SAT分析及开盖检查等方法，最终找出原因。
二、分析过程
1、外观检查
对不良运放器进行外观检查，未发现运放器塑封体有崩边、裂纹、孔洞、打磨等明显异常；引脚镀层完好，无明显氧化、腐蚀等迹象。
2、电特性测试
对不良运放器与良品测试电特性，对比两者相同引脚对地或电源脚的特性曲线有无明显差异，结果发现不良品某IO脚对VCC明显开路，良品则为正常二极管特性，故怀疑不良品有内部键合开路可能。
3、X-ray检查
由于电特性分析发现不良品该管脚对电源明显开路，遂对其进行X-Ray检查，重点观察内部键合形貌，发现该引脚第一键合疑似与PAD分离。
4、SAT分析
根据电特性及X-Ray的分析结果，对不良品进行超声波扫描（SAT）。该测试基于不同材质回波不同的原理，特别适用于检测封装内部的结构分层。我们通过SAT检测探查其塑封体分层导致键合开裂的可能，结果发现不良运放器die表面与塑封体有细微分层，而良品则不会有这一表现，据此推测不良品分层现象与键合开裂存在关联，而该分层现象与爆米花效应相似。
5、开盖检查
为精确而彻底地排查出失效原因，我们对不良运放进行开盖检查，重点观察疑似开路键合点，在3D显微镜下可观察到该键合已与PAD（承接引脚的焊盘）完全脱离，说明该引脚的确是开路状态。
三、得出失效机理
从分析结果可看出：导致不良运放失效的直接原因是引脚键合与PAD的分离；根本原因则是爆米花效应导致塑封体与die表面分层，从而对键合丝施加一个向上的力，最终导致键合开路失效。而爆米花效应的隐患，早在元器件的存储和运输过程中就已被埋下。
爆米花效应：一般环境下物料的保存容易吸潮，大气中的水汽会缓慢扩散至IC塑封内部，在SMT工艺中水汽受热使IC内部压力增加，在某个压力节点造成塑封体与die表面的脱层分离。
四、预防措施：时刻注意防潮
预防爆米花效应的核心就是注意防潮。一般的集成电路（IC）是由引脚来连接其内部和PCB，故而都属于非气密性的潮敏器件（MSD）。对于潮敏器件，有标准化的潮敏等级（MSL）划分，规定出各类器件的储存条件：
1 级- 小于或等于30℃/85% RH 无限车间寿命
2 级- 小于或等于30℃/60% RH 一年车间寿命
2a级- 小于或等于30℃/60% RH 四周车间寿命
3 级- 小于或等于30℃/60% RH 168小时车间寿命
4 级- 小于或等于30℃/60% RH 72小时车间寿命
5 级- 小于或等于30℃/60% RH 48小时车间寿命
5a级- 小于或等于30℃/60% RH 24小时车间寿命
6 级- 使用之前必须经过烘烤，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。
在实际操作中，我们建议元器件的储存和使用直接遵循以下几点：
防潮：使用防潮袋、干燥剂、防潮箱等进行存储，确保RH（相对湿度）小于10%。
密封：在运输、存储等工序中使用真空包装进行密封包装。
烘烤：若元器件运输、存储的环境无法满足其潮敏等级（MSL）时，SMT前要进行烘烤，通常烘烤125℃*8H，也可根据实际情况调整烘烤温度和时间。
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