赛宝电子元器件失效分析 第二讲

赛宝电子元器件失效分析 第二讲

失效分析技术及经典案例第二讲分析技术与设备

中国赛宝实验室可靠性研究分析中心

李少平

总目录第一讲失效分析概论第二讲分析技术及设备第三讲失效分析典型案例

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赛宝电子元器件失效分析 第二讲

第二讲失效分析技术与设备

1. 2. 3. 4. 5.

失效分析程序非破坏性分析技术的基本路径半破坏性分析技术的基本路径破坏性分析技术的基本路径分析技术与设备清单

获得失效分析证据具体技术方法

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1.失效分析程序

基本方法与程序失效信息调查与方案设计非破坏性分析的基本路径半破坏性分析的基本路径破坏性分析的基本路径报告编制

失效分析的逻辑与技术途径

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1.失效分析程序基本方法与程序思路报告编写综合分析破坏性分析非破坏性分析方案设计失效模式确认

基本流程外观检查失效现场信息调查样品基本信息调查

操作原则先外部后内部先非破坏性后半破坏性最后用破坏性避免引进新的失效机理

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1.失效分析程序失效信息调查与方案设计信息类别基本信息工作原理,结构,材料,工艺,主要失效机理;还有,出于管理需要的信息,包括样品来源,型号,批次,编号,时间,地点等.

技术信息:是判断可能的失效机理和失效分析方案设计的重要依据,(具体见下页).6/102

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1.失效分析程序技术信息特定使用应用信息整机故障现象、异常环境、在整机中的状态、应用电路,二次筛选应力,失效历史,失效比例,失效率及其随时间的变化等.

特定生产工艺1)生产工艺条件和方法 2)特种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点

技术信息的作用:方案设计,分析过程和机理诊断的重要依据7/102

1.失效分析程序非破坏性分析的基本路径非破坏性项目(先实施易行的,低成本的)外观检查模式确认(测试和试验,对比分析)!检漏可动微粒检测(PIND) X光照相声学扫描模拟试验8/102

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1.失效分析程序半破坏性分析的基本路径半破坏性分析(多余物,污染,缺陷,微区电特性和电光热效应)可动微粒收集内部气氛检测(与前项有冲突)开封不加电的内部检查(光学 SEM微区成分)加电的内部检查(微探针热像光发射电压衬度像束感生电流像电子束探针)9/102

1.失效分析程序破坏性分析的基本路径破坏性分析(进一步的微区电特性,污染,缺陷)内部检查,加电内部检查(去除钝化层微探针聚焦离子束电子束探针)剖切面分析(聚焦离子束,光学,SEM,TEM)

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1.失效分析程序报告编制失效现场信息(样品概况)有关的各种检测的记录数据描述和分析综合分析分析结

论措施建议

报告案例

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1.失效分析程序如何使用失效分析报告质量师(可靠性师)设计师工艺师用户

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2.非破坏性分析技术2.1 2.2 2.3 2.4外观检查电参数测试分析与模拟应力试验检漏与PIND X光与扫描声学分析

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2.1外观检查

标志,变形,破,裂,缺损,污染,腐蚀,热斑,封口等14/102

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光学显微镜-(1)基本结构

主架载物台照明系统目镜系统物镜系统拍照系统

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光学显微镜-(2)工作原理

显微镜主要是由物镜和目镜组成.物镜的焦距很短,目镜的焦距较长.物镜的作用是得到物体的放大的实像.目镜的作用是将物镜所成的实像进一步放大为虚像.

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光学显微镜- (3)指标和参数基本分类:立体和金相 (倍数,景深,工作距离)照明方式:反射和透射照明辅助装置:明场和暗场(BD),偏光(P)微分干涉(DIC)等17/102

光学显微镜- (3)指标和参数放大倍数–观察放大倍数:物镜倍数×目镜倍数–照相放大倍数:物镜×照相目镜×相机–金相~1000倍–立体~几十倍

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光学显微镜- (3)指标和参数

特点:–操作简单,不需真空条件.–图像有彩色,能观察多层金属化的芯片.–景深小,观察微米以下的细微结构有困难.最高分辨率0.2~0.3微米.19/102

光学显微镜- (4)用途表面形状,尺寸,组织,结构,缺陷芯片的各种烧毁与击穿现象引线内外键合情况,芯片裂缝,沾污,划伤,氧化层缺陷及金属层腐蚀等配合液晶相变分析,可对加电状态下的芯片发热点进行观察和定位.

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光学显微镜- (4)用途图片

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2.2电参数测试分析目的:确认失效模式和失效管脚定位,识别部分失效机理方法:与同批次好品同时进行测试和试验功能测试和管脚直流特性(I-V特性)对照良好样品,产品规范,解释差异结果: 1) *参数漂移 *参数不合格 *开路 *短路 *与失效现场不一致 2)确认异常功能和异常直流特性的引脚22/102

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2.2电参数测试分析I-V特性分析

好样品 VDD端对DGND的I-V特性

失效样品 VDD对DGND的I-V特性

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2.2电参数测试分析

注意事项图示仪:局部和全貌测试仪:自动测试仪器与随时间蠕变的特性测试标准和规范:高反压器件和雪崩击穿电压关于万用表

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2.2电参数测试分析电参数测试可识别的失效模式和机理A. B. C. D. E. F.与失效现场不一致参数漂移参数不合格 A.开路 B.短路 C.间歇失效

半导体器件离子沾污半导体器件结缺陷半导体器件内部水汽含量高 D.短路铝电解电容器电解液干涸 E. ...25/102

2.3检漏

与PIND检漏结果:低漏率,高漏率,冒泡与外观结果的相关性 X-射线检查结果玻璃绝缘子和焊缝有裂缝或气泡不连通和连通

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2.3检漏与PIND可动微粒探测与分析影响:金属可能引起短路,非金属引起沾污方法:振动微粒噪声,振动与X光照相结合可动微粒取样可动微粒性质分析可动微粒来源继电器和电感线圈

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2.4 X光与扫描声学分析(C-SAM)

X射线透视技术反射式扫描声学显微技术

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X射线透视系统- (1)基本结构

X射线源屏蔽箱样品台 X射线接收成像系统

资料来源:Feinfocus

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X射线透视系统- (3)技术指标

空间分辨率:亚微米量级;图像的放大倍数:~104;被检测物体的尺寸:数百毫米;被测物体水平旋转:3600, Z方向调整:±450的.

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X射线透视系统- (4)用途

X射线透视仪一般用于检测电子元器件及多层印刷电路板的内部结构–内引线开路或短路–粘接缺陷–封装裂纹,空洞–桥连,立碑及器件漏装–焊点缺陷(PCB)–……31/102

X射线透视系统- (4)用途

结构

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X射线透视系统- (4)用途

缺陷

芯片粘接空洞

陶瓷基板与金属管座粘接空洞

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X射线透视系统- (4)用途

内部结构

从侧视图发现焊球脱开轴向二极管内部机构34/102

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X射线透视系统- (5)小结

快速,直观,无损观察效果与被观测物对象的密度,厚度有关小缺陷(裂纹,孔洞)比较困难深度分析困难无法观察器件内部界面分层

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扫描声学显微系统超声波的用途超声波的用途 1. 2. 3. 4. 5.超声波无损探伤测试设备(如:扫描声学显微镜S.A.M.)用声纳找潜水艇和鱼群身体检查设备超声波清洗机(15~50KHz)超声波焊接(15~40KHz)Fetus胎儿(SONIX提供) 36/102

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扫描声学显微系统(SONIX提供)

1000m

4 deg.C

SONAR(Sound Navigation Ranging)声纳探测

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扫描声学显微系统- (1)基本结构

16Hz - 20,000Hz

换能器及支架脉冲收发器示波器样品台(水槽)计算机及显示器38/102

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