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。
　　失效分析基本概念
% N5 S5 K6 S, R' R. O- e# N　　定义：对失效电子元器件进行诊断过程。
4 [+ Z! K) H4 H6 ^　　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。
　　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。
9 R5 ^0 {2 k, v  g2 I　　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。
, M. F5 ~4 X+ d& S) v　　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。
　　失效分析的一般程序
2 e& O4 B1 ~- A: b+ @  w8 J　　1、收集现场场数据

1 f5 g8 {& D1 [+ N　　2、电测并确定失效模式
$ y/ c+ h: R) F/ g　　3、非破坏检查

       4、打开封装
　　5、镜验
　　6、通电并进行失效定位
7 B! T# f0 s/ U  M# m/ O7 L　　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。
　　1、收集现场数据：
8 B' a( D* Z( A1 W3 x% C　　2、电测并确定失效模式
4 N' w1 o; q7 B4 [* Q　　电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。
　　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。
: E+ Y: b3 [* o! _　　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。
　　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。
; P7 d6 y, f! ^1 V1 Y' ?: _　　3、非破坏检查

　　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。

# F" u2 D9 k( p. r* x/ {1 _　　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
. }% S7 s" f7 F　　劣势：获得信息有限
　　局限性：
8 o: H4 k# m# B' R& _　　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；
9 O' ?/ O, }9 ^7 h* D( ~; t　　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。
+ a/ R; v- p3 p6 n　　案例分析：
, ?9 i% w$ J) n% \　　X-Ray 探伤----气泡、邦定线

* u* L9 ^, J% c( o8 g　　X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）

　　“徒有其表”

　　下面这个才是货真价实的

" o1 T4 d& E7 M+ N$ N" w/ ]　　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）

3 |4 X4 e) ~0 G& t  G　　4、打开封装
( b) u) d( S- a) t' |　　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
+ S1 G. t! q: p& k　　化学开封
　　5、显微形貌像技术
, @. q+ D4 x" X' ?　　光学显微镜分析技术
% f( A' \7 e9 @+ k. V　　扫描电子显微镜的二次电子像技术
2 ]+ X5 W, n& i9 t7 ]　　电压效应的失效定位技术
& G/ a5 v% n6 Z' a6 J6 B. g　　6、半导体主要失效机理分析

$ Z8 a( N5 X. h, W　　电应力（EOD）损伤
5 V3 u6 \: n1 s( i5 X) }+ f7 a7 l　　静电放电（ESD）损伤
3 q3 t4 t; k+ A* G+ ^# q　　封装失效
　　引线键合失效
) o3 g3 |9 T) [3 I# }# D3 }　　芯片粘接不良
　　金属半导体接触退化
　　钠离子沾污失效
2 ]& P7 E7 m5 m/ h* O/ O1 y　　氧化层针孔失效

8 J' l5 R" X5 n2 ]8 V2 `( R

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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。