失效分析步驟與方法[實用解決]

1、公司地址：東莞市長安鎮(zhèn)長安圖書館左側(cè)電梯四樓公司地址：東莞市長安鎮(zhèn)長安圖書館左側(cè)電梯四樓 郵政編碼郵政編碼:523850:523850 聯(lián)系人：聯(lián)系人： 馬小姐馬小姐 qqqq： 14259839541425983954 httphttp：/ E-MAIL/ E-MAIL： TEL: 0769 TEL: 0769 85092880FAX:85092880FAX:失效分析失效分析 步驟與方法步驟與方法 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 基本概念 失效分析的目的和作用 失效分析的一般步驟 失效分析技術(shù)介

2、紹 失效機理的分析 案例 注意事項 Q&A 一、基本概念 失效 器件性能發(fā)生劇烈的或是緩慢的變化,這些變化 達到一定程度,器件不能正常工作,這種現(xiàn)象叫做 失效。 失效模式 指失效的表現(xiàn)形式，一般指器件失效時的狀態(tài)， 如開路、短路、漏電或參數(shù)漂移等。 失效模式的分類 按失效的持續(xù)性 致命性 、間歇性、緩慢退化 按失效時間 早期失效 、隨機失效 、磨損失效 按電測結(jié)果 開路、短路、漏電、參數(shù)漂移 失效機理 失效的物理和化學(xué)根源叫失效機理。 物理和化學(xué)根源包括：環(huán)境、應(yīng)力和時間，環(huán)境和應(yīng)力包括溫 度、濕度、電、機械等 失效的物理模型 應(yīng)力-強度模型 認為失效原因是由于產(chǎn)品所受應(yīng)力超過其極限強度，此模

3、型可 解釋EOS、ESD、Body crack等。 應(yīng)力-時間模型 認為產(chǎn)品由于受到應(yīng)力的時間累積效應(yīng)，產(chǎn)品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達到一定程度時失效，此模型可解釋材料 的歐姆接觸電阻增大，電壓隨時間衰降，焊接部分的熱疲勞現(xiàn) 象等。 二、失效分析的目的及作用 目的 找出器件失效的物理和化學(xué)根源，確定產(chǎn)品的 失效機理 作用 獲得改進工藝、提出糾正措施，防止失效重復(fù) 出現(xiàn)的依據(jù) 確定失效的責任方，避免不必要的損失賠償 評估產(chǎn)品的可靠度 三、一般步驟 1、收集失效數(shù)據(jù) 2、烘焙 3、測試并確定失效模式 4、非破壞性分析 5、DE-CAP 6、失效定位 7、對失效部分進行物理化學(xué)分析 8、綜

4、合分析，確定失效原因，提出改善措施 1、失效數(shù)據(jù)收集 作用：根據(jù)失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)估計失效原因和 失效責任方 失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)的內(nèi)容 失效環(huán)境：潮濕、輻射 失效應(yīng)力：過電、靜電、高溫、低溫、高低溫 失效發(fā)生期:早期、隨機、磨損 失效歷史：以往同類器件的失效狀況 2、烘焙 對于一些經(jīng)過潮濕環(huán)境下失效，或從其電 性上表現(xiàn)為漏電大或不穩(wěn)定的器件，有必 要進行烘焙后測試 方法： 溫度：150常壓 時間：4小時以上 3、電性測試及確定失效模式 不同與質(zhì)量檢驗為目的的測試，采用非標 準化的測試方法，可以簡化 包括引腳測試和芯片測試兩類 可以確定失效的管腳和模式，但不能確定 失效的確切部位 4、非破壞性分析 定義：不

5、必打開封裝對樣品進行失效分析 的方法，一般有： 顯微鏡的外觀檢驗 X-RAY檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu) C-SAM 掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分層 5、DE-CAP分析 步驟一：去黑膠 配比：發(fā)煙HNO3：H2SO4=3：1 加熱時間：煮沸后5-10分鐘（根據(jù)材料大?。?注意：酸液不能超過燒杯的規(guī)定刻度，以防加 熱過程酸液濺出來 顯微鏡觀察焊接件結(jié)構(gòu)，芯片的外觀檢查等 烘烤后測試 步驟二：去銅 配比 濃硝酸 加熱時間：沸騰后3-5分鐘離開電爐至銅反應(yīng)完 注意：加熱沸騰比較劇烈，加酸液的液面不要 超過燒杯的規(guī)定刻度， 顯微鏡觀察，焊錫的覆蓋面積、氣孔、位置、焊錫 顆粒，芯片Crack等 步驟三：去焊錫 配比 濃硝酸 加熱

6、時間：沸騰后30分鐘左右 注意：加酸液的液面不要超過燒杯規(guī)定刻度， 以防止酸液濺出 顯微鏡觀察，芯片正反兩面觀察，Surge mark點，結(jié) 構(gòu) 電性確認 6、失效定位 對于在芯片上明顯的異常點，如Surge mark、 Micro crack、氧化層脫落，比較容易定位 對于目視或顯微鏡下無法觀察到的芯片， 可以加電后借助紅外熱像儀或液晶測試找 到失效點 7、失效點的物理化學(xué)分析 為更進一步確認失效點的失效機理，我們 需要對失效點進行電子放大掃描(SEM)和能 譜分析(EDX)，以找到失效點的形貌和化學(xué) 元素組成等，作為判定失效原因的依據(jù)。 8、綜合分析 根據(jù)前面步驟的逐步分析，確定最終失效

7、原因，提出報告及改善建議及完成報告。 你的成果你的成果 四、失效分析技術(shù) 1、攝影和光學(xué)顯微術(shù) 本廠有0-400倍的光學(xué)顯微鏡和影象攝取裝 置,基本上可以含蓋整個分析過程需要的光 學(xué)檢查 每個元件都需要記錄一般狀態(tài)的全景照片和特 殊細節(jié)的一系列照片 不涉及分析結(jié)果或最終結(jié)論的照片可以在報告 中不列入 擁有但不需要總比需要但沒有要好擁有但不需要總比需要但沒有要好 四、失效分析技術(shù) 光學(xué)顯微鏡作用 用來觀察器件的外觀及失效部位的表現(xiàn)形狀、 分布、尺寸、組織、結(jié)構(gòu)、缺陷、應(yīng)力等，如 觀察器件在過電應(yīng)力下的各種燒毀和擊穿現(xiàn)象， 芯片的裂縫、沾污、劃傷、焊錫覆蓋狀況等。 例：一些失效的在光學(xué)顯微鏡下觀察

8、到的現(xiàn)象 四、失效分析技術(shù) 四、失效分析技術(shù) 2、電測技術(shù) 質(zhì)量檢驗的電測 采用標準化的測試方法，判定該器件是否合格，目 的是確定器件是否滿足預(yù)期的技術(shù)要求 失效分析的電測 采用非標準的測試方式，目的是用于確定器件的失 效模式、失效部位并估計可能的實效機理 測試儀器、測試步驟及參數(shù)的種類都可以簡化 四、失效分析技術(shù) 失效分析的電測 管腳測試 管腳測試可以確定失效的模式和管腳，無法確定失 效的確切部位 例1：GBJ 的+AC1電性失效，其余管腳OK，則可以 只對+AC1的晶粒做后續(xù)分析，如X-RAY等 例2：TO220AB的一端測試顯示HI-VF，我們可以估計 可能的失效模式為晶粒橫裂等。 四、

9、失效分析技術(shù) 四、失效分析技術(shù) 芯片測試（DECAP后的測試） 芯片測試可以縮小失效分析的范圍，省去一些 分析步驟 例：做過PCT的失效器件在去黑膠后測試電性恢 復(fù)，后續(xù)的去銅可以不做，可以初步判定失效 機理為水汽進入封裝本體引起，導(dǎo)致失效 四、失效分析技術(shù) 3、烘焙技術(shù) 對材料的烘焙可以確定材料是否受到 潮濕及水汽影響或內(nèi)部離子污染 例：PCT失效的材料在烘焙后電性恢復(fù) 內(nèi)部離子污染造成的電性失效，烘烤 可以“治愈”或逆轉(zhuǎn)變壞電氣特性 四、失效分析技術(shù) 4、無損分析技術(shù) 定義：無須打開封裝對樣品進行失效定位 和失效分析的技術(shù)。 除電測技術(shù)分析外，有X-射線和反射式聲 學(xué)掃描顯微技術(shù)等 四、失

10、效分析技術(shù) X-RAY 原理與醫(yī)用的X射線透視技術(shù)完全相同，器件 的不同材料造成不同的吸收系數(shù)，收集穿透的 X射線通過圖象處理可反映不同部位的影象 可以觀察器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，焊錫的狀況，本體氣 孔等 例：DF-M的焊錫氣孔（手動與自動制程的差異） 四、失效分析技術(shù) 手動制程自動制程 四、失效分析技術(shù) C-SAM 原理：利用超聲脈沖探測樣品內(nèi)部的空隙缺陷 等，超聲波對于不同的介質(zhì)都會產(chǎn)生發(fā)射波， 如果遇到空氣即100反射，該技術(shù)是對器件分層 最有效的檢測方法 可以檢測材料結(jié)構(gòu)界面的粘連和分層狀況，及 塑封材料的空洞、芯片開裂等。 例：分層器件與正常器件的C-SAM圖片 四、失效分析技術(shù) 四、失效分析

11、技術(shù) 種類應(yīng)用優(yōu)勢基本原理 X射線透視象 觀察材料高密度區(qū)的 完整性 透過材料高密度區(qū) X射線強度衰減 C-SAM象觀察材料內(nèi)部空隙， 如芯片粘接不良， 器件封裝不良 超聲波傳播遇空氣 隙受阻反射 X射線透視與反射式聲掃描比較 四、失效分析技術(shù) 5、DE-CAP 利用強酸將器件的封裝去處，展示材料的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)，是一個破壞性的分析技術(shù)，不可逆轉(zhuǎn)， 因此在進行此步分析時請確認所有非破壞性的 分析已經(jīng)完成，本廠通常用燒杯中加熱的方式， 更高級的DE-CAP有專門的設(shè)備 分析人員須考慮潛在的損壞和每項分析的目的 記住木匠遵循的規(guī)律：測量兩次才鋸一次記住木匠遵循的規(guī)律：測量兩次才鋸一次 四、失效分析技術(shù)

12、 高級的DE-CAP設(shè)備原理圖（一般用于集成電路） 四、失效分析技術(shù) 6、定位技術(shù)（HOT SPOT) 紅外熱像儀,液晶探測 原理：將失效的芯片通電，在失效點附近會有大的 漏電通過，這部分的溫度會升高，利用紅外熱像儀 或芯片表面涂液晶用偏振鏡觀察（可以找到失效點， 從而可以進一步針對失效點作分析 例：分別用紅外熱像儀和液晶方法獲得的失效點照片 四、失效分析技術(shù) 紅外熱像儀液晶 四、失效分析技術(shù) 7、電子掃描（SEM）及能譜分析（EDX） 原理：利用陰極所發(fā)射的電子束經(jīng)陽極加速， 由磁透鏡聚焦后形成一束直徑為幾百納米的電 子束流打到樣品上激發(fā)多種信息（如二次電子， 背散射電子，俄歇電子，射線），

13、經(jīng)收集處 理，形成相應(yīng)的圖象，通常使用二次電子來形 成圖象觀察，同時通過特征射線可以進行化 學(xué)成分的分析。 四、失效分析技術(shù) 掃描電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的比較 儀器 名稱 真 空 條 件 樣品 要求 透明性 空間分 辨率 最大放 大倍數(shù) 景深 光學(xué) 顯微鏡 無開封有一定 的透明 性 3600A1200小 掃描 電子顯微鏡 高 真 空 開封 去鈍化層 無，表 面觀察 50A50萬大 四、失效分析技術(shù) 掃描電鏡的應(yīng)用 用來觀察光學(xué)顯微鏡下觀察不到的細微結(jié)構(gòu)， 如觀察芯片擊穿點的立體形貌，針孔等 用來分析微區(qū)的化學(xué)成分，如對擊穿點的化學(xué) 成分分析，確定失效點的失效原因 例：利用電子掃描和能譜分析對失

14、效晶粒的分析 案例： 四、失效分析技術(shù) SEM照片 針對特定點的能譜分析 四、失效分析技術(shù) 8、剖切面技術(shù) 對于缺陷存在與器件內(nèi)部，不容易從正面觀察 到就需要進行剖切面觀察 方法：用環(huán)氧樹脂固化器件，用鋸片及經(jīng)過研 磨、拋光后進行光學(xué)或電子掃描顯微鏡觀察。 五、器件失效機理的分析 1、過電應(yīng)力損傷（EOS） 失效模式：表現(xiàn)為開路、短路、漏電增大、反 向偏壓衰降 失效機理：器件受到一種隨機的短時間的高電 壓或強電流沖擊，功率遠大于額定功率，產(chǎn)生 過電應(yīng)力損傷 輕度的損傷可能會使期間漏電增大、反向偏壓衰降 等 嚴重時失效特征很明顯，芯片有明顯的surge mark， 甚至?xí)剐酒_裂，塑封體炭化等

15、 五、器件失效機理的分析 器件失效機理的內(nèi)容 失效模式與材料、設(shè)計、工藝的關(guān)系 失效模式與環(huán)境應(yīng)力的關(guān)系 環(huán)境應(yīng)力包括：過電、溫度、濕度、機械應(yīng)力、靜 電、重復(fù)應(yīng)力 失效模式與時間的關(guān)系 五、器件失效機理的分析 2、靜電放電損傷（ESD） 失效模式：表現(xiàn)為漏電增大、反向偏壓衰降等 失效機理：帶電人體、接地不良的儀器測試、 器件摩擦產(chǎn)生的靜電通過器件產(chǎn)生損傷 失效模式與EOS相似，區(qū)分有一定的困難，通?？?以通過HOT SPOT 和SEM的方法可能會看到失效點 五、器件失效機理的分析 3、封裝水汽和離子污染 失效模式：表現(xiàn)為漏電增大，電性不穩(wěn)定等 失效機理：水汽來源有a、封裝工藝缺乏防潮措 施；

16、b、封裝材料吸收水汽及放出有害氣體，離 子污染主要來自芯片工藝過程操作人員和環(huán)境 及封裝材料的鈉離子等 水汽和離子污染均可用高溫烘烤的方式來驗證 五、器件失效機理的分析 4、焊接不良 失效模式：表現(xiàn)為VF偏高、F/S能力差等 失效機理：焊接氣孔、虛焊、假焊、鍍層脫落 等 可通過X射線或DE-CAP后去銅觀察焊錫覆蓋狀況來 判斷 六、案例 案例1： SMBF12AVCL在PCT失效 失效機理：材料封裝小，水汽容易進入封裝本 體內(nèi)導(dǎo)致器件失效 驗證：a、烘烤后有部分電恢復(fù)；b、DE-CAP 去黑膠后測試全部恢復(fù)電性 改善措施：改進封裝制程或更換封裝材料 六、案例 案例2： GBJ10A 在F/S 失效 失效機理：芯片本身F/S 能力不足，芯片尺寸 ?。?5mil） 驗證：a、歷史F/S 資料顯示其失效綠居高不下； b、DE-CAP后芯片開裂，屬過電應(yīng)力損傷 改善措施：增加芯片尺寸至105mil，提升F/S能 力 七、分析過程的一些注意事項: 為了完成任務(wù)而急于進行下一步的破壞性 分析 可能失去找到關(guān)鍵的因素的機會 可能最后得到錯誤的結(jié)論 細致的觀察 對每一步驟的樣品必須做全面的觀察 對任何異常均需要詳細的記錄并放大