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「总结」元器件失效分析方法主要有哪几种 ?

日期:2021-09-23 15:22:40 浏览量:1672 标签: 失效分析 元器件失效分析

失效分析是产品可靠性工程的一个重要组成部门。失效分析被广泛应用于确定研制出产过程中出产题目的原因,鉴别测试过程中与可靠性相关的失效,确认使用过程中的现场失效机理。在电子元器件的研制阶段,失效分析可纠正设计和研制中的错误,缩短研制周期;在电子元器件的出产、测试和使用阶段,失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元器件失效的责任方。失效分析方法主要有哪几种呢?接下来一起看看吧。

一、C-SAM(超声波扫描显微镜),属于无损检查:

检测内容包含:

1.材料内部的晶格结构、杂质颗粒、夹杂物、沉淀物

2.内部裂纹

3.分层缺陷

4.空洞、气泡、空隙等。

设备_meitu_1.jpg

二、 X-Ray(X光检测),属于无损检查:

X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击,在撞击过程中,因电子突然减速,其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置,利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化,产生的对比效果可形成影像,即可显示出待测物的内部结构,进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

检测内容包含:

1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板

2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况

3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷,以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

三、SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪(材料结构分析/缺陷观察,元素组成常规微区分析,精确测量元器件尺寸),SEM/EDX(形貌观测、成分分析)扫描电镜(SEM)可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的,根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜(SEM)使用,可以对样品进行微区成分分析。

检测内容包含:

1.材料表面形貌分析,微区形貌观察

2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析

3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.纳米尺寸量测及标示

5.微区成分定性及定量分析

四、EMMI微光显微镜。对于故障分析而言,微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中,EHP(Electron Hole Pairs)Recombination会放出光子(Photon)。如在P-N结加偏压,此时N阱的电子很容易扩散到P阱,而P的空穴也容易扩散至N,然后与P端的空穴(或N端的电子)做EHP Recombination。

检测内容包含:

1.P-N接面漏电;P-N接面崩溃

2.饱和区晶体管的热电子

3.氧化层漏电流产生的光子激发

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题

五、 FIB 线路修改,切线连线,切点观测,TEM制样,精密厚度测量等

FIB(聚焦离子束,Focused Ion beam)是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像,此功能与SEM(扫描电子显微镜)相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工。

检测内容包含:

1.芯片电路修改和布局验证

2.Cross-Section截面分析

3.Probing Pad

4.定点切割

六、 Probe Station 探针台/Probing Test 探针测试,探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发,旨在确保质量及可靠性,并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。

检测内容包含:

1.微小连接点信号引出

2.失效分析失效确认

3.FIB电路修改后电学特性确认

4.晶圆可靠性验证

ESD/Latch-up静电放电/闩锁效用测试(有些客户是在芯片流入客户端之前就进行这两项可靠度测试,有些客户是失效发生后才想到要筛取良片送验)这些已经提到了多数常用手段。失效分析前还有一些必要的样品处理过程。

开盖晶圆检查测试.png

七、 取die,decap(开封,开帽),研磨,去金球 De-gold bump,去层,染色等,有些也需要相应的仪器机台,SEM可以查看die表面,SAM以及X-Ray观察封装内部情况以及分层失效。Decap即开封,也称开盖,开帽,指给完整封装的IC做局部腐蚀,使得IC可以暴露出来,同时保持芯片功能的完整无损,保持 die,bond pads,bond wires乃至lead-frame不受损伤,为下一步芯片失效分析实验做准备,方便观察或做其他测试(如FIB,EMMI), Decap后功能正常。

检测内容包含:

1.IC开封(正面/背面) QFP, QFN, SOT,TO, DIP,BGA,COB等

2.样品减薄(陶瓷,金属除外)

3.激光打标

八、Acid Decap,又叫化学开封,是用化学的方法,即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全,并且产生干净无腐蚀的芯片表面。

检测内容包含:

1.芯片开封(正面/背面)

2.IC蚀刻,塑封体去除

九、RIE是干蚀刻的一种,这种蚀刻的原理是,当在平板电极之间施加10~100MHZ的高频电压(RF,radio frequency)时会产生数百微米厚的离子层(ion sheath),在其中放入试样,离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻,此即为RIE(Reactive Ion Etching)。

检测内容包含:

1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻,其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨

2.器件表面图形的刻蚀

十、研磨机,适用于高精微(光镜,SEM,TEM,AFM,ETC)样品的半自动准备加工研磨抛光,模块化制备研磨,平行抛光,精确角抛光,定址抛光或几种方式结合抛光。

检测内容包含:

1.断面精细研磨及抛光

2.芯片工艺分析

3.失效点的查找

切片设备-2.jpg

十一、切割机,可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料,可以高速自动切割材料,提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。

检测内容包含:

1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面

2.小型样品的精密切割

十二、金相显微镜,可用来进行器件外观及失效部位的表面形状,尺寸,结构,缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机(数码相机)通过光电转换有机的结合在一起,不仅可以在目镜上作显微观察,还能在计算机(数码相机)显示屏幕上观察实时动态图像,电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

检测内容包含:

1.样品外观、形貌检测

2.制备样片的金相显微分析

3.各种缺陷的查找

十三、体视显微镜,亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器,从不同角度观察物体,使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作,直接放入镜头下配合照明即可观察,成像是直立的,便于操作和解剖。视场直径大,但观察物要求放大倍率在200倍以下。

检测内容包含:

1.样品外观、形貌检测

2.制备样片的观察分析

3.封装开帽后的检查分析

4.晶体管点焊、检查

十四、IV自动曲线量测仪,验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中,I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步(外观检查排在第一步),可见Curve量测的重要性。

检测内容包含:

1.Open/Short Test

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage(漏电)Test

rehuaxueceshi - fuben.jpg

十五、高低温试验箱箱,适用于工业产品高温、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车电子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高温、低温(交变)循环变化的情况下,检验其各项性能指标。

检测内容包含:

1.高温储存

2.低温储存

3.温湿度储存

根据失效分析的结果,元器件出产厂改进元器件的设计和出产工艺,元器件使用方改进电路板设计,改进元器件或整机的测试、试验前提及程序,甚至以此为根据更换分歧格的元器件供货商。因而,失效分析对加快电子元器件的研制速度,进步元器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。

失效过程是一个十分复杂的过程,特别是机械装备结构种类繁多,结构一般比较复杂,系统内部之间、系统之间铰链耦合性强,金属构件工作条件恶劣、复杂,失效后疑点较多,分析难度也大,这就要求失效分析人员具有一定深度的理论知识且知识面要广,同时还应具有丰富的实践经验。

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