1、Quality & Satisfy,深圳德信誠(chéng)經(jīng)濟(jì)咨詢有限公司,公司地址：東莞市長(zhǎng)安鎮(zhèn)長(zhǎng)安圖書館左側(cè)電梯四樓 郵政編碼:523850 聯(lián)系人： 馬小姐 qq： 1425983954 http：/ E-MAIL： TEL: 0769 85092880FAX:失效分析 步驟與方法,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)介紹 失效機(jī)理的分析 案例 注意事項(xiàng) 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(dá)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

2、指器件失效時(shí)的狀態(tài)，如開(kāi)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(shí)間 早期失效 、隨機(jī)失效 、磨損失效 按電測(cè)結(jié)果 開(kāi)路、短路、漏電、參數(shù)漂移,失效機(jī)理 失效的物理和化學(xué)根源叫失效機(jī)理。 物理和化學(xué)根源包括：環(huán)境、應(yīng)力和時(shí)間，環(huán)境和應(yīng)力包括溫度、濕度、電、機(jī)械等 失效的物理模型 應(yīng)力-強(qiáng)度模型 認(rèn)為失效原因是由于產(chǎn)品所受應(yīng)力超過(guò)其極限強(qiáng)度，此模型可解釋EOS、ESD、Body crack等。 應(yīng)力-時(shí)間模型 認(rèn)為產(chǎn)品由于受到應(yīng)力的時(shí)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(dá)到一定程度時(shí)失效，此模型可解釋材料的歐姆接觸電阻增大，電壓

3、隨時(shí)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(jī)理 作用 獲得改進(jìn)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(zé)任方，避免不必要的損失賠償 評(píng)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(cè)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(duì)失效部分進(jìn)行物理化學(xué)分析 8、綜合分析，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(chǎng)數(shù)據(jù)估計(jì)失效原因和 失效責(zé)任方 失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的內(nèi)容 失效環(huán)境：潮濕、輻射 失效應(yīng)力：過(guò)電、靜電、高溫、低溫、高低溫 失效發(fā)生期:早期、隨機(jī)

4、、磨損 失效歷史：以往同類器件的失效狀況,2、烘焙,對(duì)于一些經(jīng)過(guò)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(jìn)行烘焙后測(cè)試 方法： 溫度：150常壓 時(shí)間：4小時(shí)以上,3、電性測(cè)試及確定失效模式,不同與質(zhì)量檢驗(yàn)為目的的測(cè)試，采用非標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法，可以簡(jiǎn)化 包括引腳測(cè)試和芯片測(cè)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：不必打開(kāi)封裝對(duì)樣品進(jìn)行失效分析的方法，一般有： 顯微鏡的外觀檢驗(yàn) 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(shí)間：煮沸后5-

5、10分鐘（根據(jù)材料大?。?注意：酸液不能超過(guò)燒杯的規(guī)定刻度，以防加熱過(guò)程酸液濺出來(lái) 顯微鏡觀察焊接件結(jié)構(gòu)，芯片的外觀檢查等 烘烤后測(cè)試,步驟二：去銅 配比 濃硝酸 加熱時(shí)間：沸騰后3-5分鐘離開(kāi)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(guò)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 加熱時(shí)間：沸騰后30分鐘左右 注意：加酸液的液面不要超過(guò)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(diǎn)，結(jié)構(gòu) 電性確認(rèn),6、失效定位,對(duì)于在芯片上明顯的異常點(diǎn)，如Surge mark、Micro

6、 crack、氧化層脫落，比較容易定位 對(duì)于目視或顯微鏡下無(wú)法觀察到的芯片，可以加電后借助紅外熱像儀或液晶測(cè)試找到失效點(diǎn),7、失效點(diǎn)的物理化學(xué)分析,為更進(jìn)一步確認(rèn)失效點(diǎn)的失效機(jī)理，我們需要對(duì)失效點(diǎn)進(jìn)行電子放大掃描(SEM)和能譜分析(EDX)，以找到失效點(diǎn)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，確定最終失效原因，提出報(bào)告及改善建議及完成報(bào)告。,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(gè)分析過(guò)程需要的光學(xué)檢查 每個(gè)元件都需要記錄一般狀態(tài)的全景照片和特殊細(xì)節(jié)的一系列照片 不涉及分

7、析結(jié)果或最終結(jié)論的照片可以在報(bào)告中不列入 擁有但不需要總比需要但沒(méi)有要好,四、失效分析技術(shù),光學(xué)顯微鏡作用 用來(lái)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(guò)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)顯微鏡下觀察到的現(xiàn)象,四、失效分析技術(shù),四、失效分析技術(shù),2、電測(cè)技術(shù) 質(zhì)量檢驗(yàn)的電測(cè) 采用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)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(cè) 采用非標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方式，目的是用于確定器件的失效模式、失效部位并估計(jì)可能的實(shí)效機(jī)理 測(cè)試儀器、測(cè)試步驟及參數(shù)的種類都可以簡(jiǎn)化,

8、四、失效分析技術(shù),失效分析的電測(cè) 管腳測(cè)試 管腳測(cè)試可以確定失效的模式和管腳，無(wú)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(duì)+AC1的晶粒做后續(xù)分析，如X-RAY等 例2：TO220AB的一端測(cè)試顯示HI-VF，我們可以估計(jì)可能的失效模式為晶粒橫裂等。,四、失效分析技術(shù),四、失效分析技術(shù),芯片測(cè)試（DECAP后的測(cè)試） 芯片測(cè)試可以縮小失效分析的范圍，省去一些分析步驟 例：做過(guò)PCT的失效器件在去黑膠后測(cè)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(jī)理為水汽進(jìn)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(duì)材料的烘焙可以確定材料是否受到潮濕及

9、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(wú)損分析技術(shù) 定義：無(wú)須打開(kāi)封裝對(duì)樣品進(jìn)行失效定位和失效分析的技術(shù)。 除電測(cè)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(guò)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(dòng)與自動(dòng)制程的差異）,四、失效分析技術(shù),手動(dòng)制程,自動(dòng)制程,四、失效分析技術(shù),C-SAM 原理：利用超聲

10、脈沖探測(cè)樣品內(nèi)部的空隙缺陷等，超聲波對(duì)于不同的介質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生發(fā)射波，如果遇到空氣即100反射，該技術(shù)是對(duì)器件分層最有效的檢測(cè)方法 可以檢測(cè)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(kāi)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、失效分析技術(shù),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(qiáng)酸將器件的封裝去處，展示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一個(gè)破壞性的分析技術(shù)，不可逆轉(zhuǎn)，因此在進(jìn)行此步分析時(shí)請(qǐng)確認(rèn)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(jí)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(xiàng)分析的目的 記住木匠遵循的規(guī)律：測(cè)

11、量?jī)纱尾配徱淮?四、失效分析技術(shù),高級(jí)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(cè) 原理：將失效的芯片通電，在失效點(diǎn)附近會(huì)有大的漏電通過(guò)，這部分的溫度會(huì)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(diǎn)，從而可以進(jìn)一步針對(duì)失效點(diǎn)作分析 例：分別用紅外熱像儀和液晶方法獲得的失效點(diǎn)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(yáng)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

12、子，俄歇電子，射線），經(jīng)收集處理，形成相應(yīng)的圖象，通常使用二次電子來(lái)形成圖象觀察，同時(shí)通過(guò)特征射線可以進(jìn)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,四、失效分析技術(shù),掃描電鏡的應(yīng)用 用來(lái)觀察光學(xué)顯微鏡下觀察不到的細(xì)微結(jié)構(gòu)，如觀察芯片擊穿點(diǎn)的立體形貌，針孔等 用來(lái)分析微區(qū)的化學(xué)成分，如對(duì)擊穿點(diǎn)的化學(xué)成分分析，確定失效點(diǎn)的失效原因 例：利用電子掃描和能譜分析對(duì)失效晶粒的分析案例：,四、失效分析技術(shù),SEM照片,針對(duì)特定點(diǎn)的能譜分析,四、失效分析技術(shù),8、剖切面技術(shù) 對(duì)于缺陷存在與器件內(nèi)部，不容易從正面觀察到就需要進(jìn)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(guò)研磨

13、、拋光后進(jìn)行光學(xué)或電子掃描顯微鏡觀察。,五、器件失效機(jī)理的分析,1、過(guò)電應(yīng)力損傷（EOS） 失效模式：表現(xiàn)為開(kāi)路、短路、漏電增大、反向偏壓衰降 失效機(jī)理：器件受到一種隨機(jī)的短時(shí)間的高電壓或強(qiáng)電流沖擊，功率遠(yuǎn)大于額定功率，產(chǎn)生過(guò)電應(yīng)力損傷 輕度的損傷可能會(huì)使期間漏電增大、反向偏壓衰降等 嚴(yán)重時(shí)失效特征很明顯，芯片有明顯的surge mark，甚至?xí)剐酒_(kāi)裂，塑封體炭化等,五、器件失效機(jī)理的分析,器件失效機(jī)理的內(nèi)容 失效模式與材料、設(shè)計(jì)、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(guò)電、溫度、濕度、機(jī)械應(yīng)力、靜電、重復(fù)應(yīng)力 失效模式與時(shí)間的關(guān)系,五、器件失效機(jī)理的分析,2、靜電放電損傷（

14、ESD） 失效模式：表現(xiàn)為漏電增大、反向偏壓衰降等 失效機(jī)理：帶電人體、接地不良的儀器測(cè)試、器件摩擦產(chǎn)生的靜電通過(guò)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?？梢酝ㄟ^(guò)HOT SPOT 和SEM的方法可能會(huì)看到失效點(diǎn),五、器件失效機(jī)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(jī)理：水汽來(lái)源有a、封裝工藝缺乏防潮措施；b、封裝材料吸收水汽及放出有害氣體，離子污染主要來(lái)自芯片工藝過(guò)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(lái)驗(yàn)證,五、器件失效機(jī)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(jī)理：焊接

15、氣孔、虛焊、假焊、鍍層脫落等 可通過(guò)X射線或DE-CAP后去銅觀察焊錫覆蓋狀況來(lái)判斷,六、案例,案例1： SMBF12AVCL在PCT失效 失效機(jī)理：材料封裝小，水汽容易進(jìn)入封裝本體內(nèi)導(dǎo)致器件失效 驗(yàn)證：a、烘烤后有部分電恢復(fù)；b、DE-CAP去黑膠后測(cè)試全部恢復(fù)電性 改善措施：改進(jìn)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(jī)理：芯片本身F/S 能力不足，芯片尺寸?。?5mil） 驗(yàn)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(kāi)裂，屬過(guò)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(guò)程的一些注意事項(xiàng):,為了完成任務(wù)而急于進(jìn)行下一步的破壞性分析 可能失去找到關(guān)鍵的因素的機(jī)會(huì) 可能最后得到錯(cuò)誤的結(jié)論 細(xì)致的觀察 對(duì)每一步驟的樣品必須做全面的觀察 對(duì)任何異常均需要詳細(xì)的記錄并放大取照,七、分析過(guò)程的一些注意事項(xiàng):,避免帶入潛在的過(guò)程影響因素 酸溫不宜過(guò)高 避免驟