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元器件失效分析方法

时间:2018-05-28 10:23来源:网络 作者:ittbank 点击:
失效分析基本概念
 
定义:对失效电子元器件进行诊断过程。
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。
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。
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
 
1、收集现场数据
2、电测并确定失效模式
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、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

 
2、电测并确定失效模式
 
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。
 
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。
 
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。
 
 
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
劣势:获得信息有限
局限性:
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;
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。
案例分析:
X-Ray 探伤----气泡、邦定线
 

 
X-Ray 真伪鉴别----空包弹(图中可见,未有晶粒)
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
4、打开封装
 
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
化学开封
 
 
5、显微形貌像技术
光学显微镜分析技术
扫描电子显微镜的二次电子像技术
电压效应的失效定位技术
 
6、半导体主要失效机理分析
电应力(EOD)损伤
静电放电(ESD)损伤
封装失效
引线键合失效
芯片粘接不良
金属半导体接触退化
钠离子沾污失效
氧化层针孔失效
 
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