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        電子元器件失效分析方法

        2021-05-13      分類:公司新聞

        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,哪里最能練出駕駛水平?高速公路不行,只有鬧市和不良路況才能提高水平。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??膳碌?。

         

        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

        電子元器件失效分析方法

         

        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。


        電子元器件失效分析方法

         

        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

        電子元器件失效分析方法


        X-Ray 真偽鑒別----空包彈(圖中可見,未有晶粒)

        電子元器件失效分析方法

        “徒有其表”

        電子元器件失效分析方法

        下面這個才是貨真價實的

        電子元器件失效分析方法

        X-Ray用于產地分析(下圖中同品牌同型號的芯片)

        電子元器件失效分析方法

        X-Ray 用于失效分析(PCB探傷、分析)

        電子元器件失效分析方法

        (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)

        電子元器件失效分析方法


        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

        電子元器件失效分析方法

        電子元器件失效分析方法


        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

        電子元器件失效分析方法
         
        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

        芯片粘接不良

        金屬半導體接觸退化

        鈉離子沾污失效

        氧化層針孔失效


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