封装常规失效分析流程：
1、接受上级或客户不良品信息反馈及分析请求，并了解客户相关信息。
主要包括的内容为：失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处等。
2、记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值。
3、收集工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况．主要包括：老员工，新员工，班次，人员当时的工作状态，机台状况，工夹具，所采用的原材料，工艺参数的变动，环境温湿度的变动等。
通常有：装片机号，球焊机号，包封机号，后固化烘箱号，去飞边机号，软化线号，是否二次软化，测试机台，测试参数，料饼品种型号，引线条供应者及批号，金丝品种及型号，供应者等。
4、失效确认，可用自已的测试机检测功能、开短路，以确认客户反映情况是否属实。
5、对于非开短路情况，如对于漏电流大的产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4
小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，对封装工艺要严查。
6、对于开短路情况，观察开短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路，待开帽后用万用表测量该脚所连的金丝的压区与脚之间的电阻，以判断该脚球焊是否虚焊。
7、对于大芯片薄形封装产品要注意所用材料（如料饼，导电胶）是否确当，产品失效是否与应力和湿气有关（125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后，门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试的问题，对封装工艺要严查，如检查去飞边方式，浸酸时间等。）
8、80倍以上显微镜观察产品外形特征，特别是树脂休是否有破裂，裂缝，鼓泡膨胀。主要包括：注胶口，脚与脚之间树脂体和导电物。
9、对所有失效样品进行X-RAY检查，观察金丝情况，并和布线图相比较，以判断布线是否错误。如发现错误要加抽产品确认失效总数并及时反映相关信息给责任人。
10、C-SAM即SAT，观察产品芯片分层情况。判断规范另见。样品数量为10只以内/批。
11、开帽：对于漏电流大的产品采用机械方式即干开帽形式，其它情况用强酸即湿开帽形式。切开剖面观察金丝情况，及金球情况，表面铝线是否受伤，芯片是否有裂缝，光刻是否不良,是否中测，芯片名是否与布线图芯片名相符。样品数量为5只/批。对于开短路和用不导电胶装片的产品要用万用表检测芯片地线和基岛之间电阻检查装片是否有问题。对于密间距产品要测量铝线宽度，确认所用材料（料饼，导电胶，金丝等）是否确当．开帽后应该再测试，根据结果进一步分析。
12、腐球：观察压区硅层是否破裂，严重氧化（用王水或氢氧化钠或氢氧化钾），腐球时注意要腐透（金丝彻底脱离芯片或溶化掉），不能用细针去硬拨金丝以免造成人为压区损坏。
13、开帽时勿碰坏金丝及芯片，对于同一客户，同型号，同扩散批，同样类型的失效产品涉及3个组装批的，任抽一批最后对开帽产品进行测试看是否会变好。以确认是否是封装问题。
14、对开帽后漏电流偏大的可以使用微光显微镜检查。
15、对开帽后的芯片最好用SEM仔细检查有无如微小缺陷、氧化层穿孔等缺点。
16、失效分析主要依照：EOS、ESD、封装缺陷、芯片缺陷、CMOS闩锁、设计缺陷、可靠性（如水汽进入、沾污等）展开。
典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况，自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈，而电子元器件作为发展电子信息技术的基础，一直扮演着十分重要的角色。于是，了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题，那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步，对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等，必要时还可以借助仪器，例如：扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察； (2)其次，我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过，在作AES测试时，电子束的焦斑要小，才能得到更高的横向分辨率； (3)最后，了解电子元器件衬底的晶体取向，探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面，这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用，便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置，以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法
与金相显微镜的结构相似，不同的是红外显微镜是利用近红外光源，并采用红外变像管成像，利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件，在对不影响器件电学特性和工作情况下，利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法，对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的，因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点，进行电子元器件失效分析。此外，声学显微镜分析法最大的特点就是，能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法，电子元器件失效一直都是历久弥新的话题，而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一，对电子元器件的发展具有重要的意义。
常规封装失效分析流程1q5| `4q { H v 芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,F A,QA G L g l ^ d 封装常规失效分析流程 1，接受上级或客户不良品信息反馈及分析请求，并了解客户相关信息。（指失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处）芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,F A,QA a/r m)_6D#X B 2，记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值。 3，收信工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况（老员工，新员工，班次，人员当时的工作状态，机台状况，工夹具，所采用的原材料，工艺参数的变动，环境温湿度的变动等） 通常有：装片机号，球焊机号，包封机号，后固化烘箱号，去飞边机号，软化线号，是否二次软化，测试机台，测试参数，料饼品种型号，引线条供应者及批号，金丝品种及型号，供应者等。https://www.doczj.com/doc/ea11439282.html,:? _ F8D8F 2F3J 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World] d ;R R;U R 4，失效确认，可用自已的测试机检测功能、开短路，以确认客户反映情况是否属实。 "s o v z4d*X | a;f 5，对于非开短路情况，如对于漏电流大的产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，对封装工艺要严查。https://www.doczj.com/doc/ea11439282.html, o*B\'d ~-M0j 6? n)z v ]3I/\\ y L8m 6，对于开短路情况，观察开短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路，待开帽后用万用表测量该脚所连的金丝的压区与脚之间的电阻，以判断该脚球焊是否虚焊。 4c\'{ J ` _ i a Y"U 7,对于大芯片薄形封装产品要注意所用材料（如料饼，导电胶）是否确当，产品失效是否与应力和湿气有关（125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后，门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试的问题，对封装工艺要严查，如检查去飞边方式，浸酸时间等。）芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pac age,test,A,RA,QA m } U Y$P b h9n"j&ZQ 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World]"?$Z u0Z4\\ 8，80倍以上显微镜观察产品外形特征，特别是树脂休是否有破裂，裂缝，鼓泡膨胀。（注胶口，脚与脚之间树脂体和导电物） 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World] n:m b q z4_ 9，对所有失效样品进行X-RAY检查，观察金丝情况，并和布线图相比较，以判断布线是否错误。如发现错误要加抽产品确认失效总数并及时反映相关信息给责任人。芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pack age,test,FA,RA,QA Q/p c k L 芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pac age,test,A,RA,QA0Y,\\-n+O H |2R v 10，C-SAM即SA T，观察产品芯片分层情况。判断规范另见。样品数量为10只以内/批。 g0@ N/~ P\'] ? M4P m 11，开帽：对于漏电流大的产品采用机械方式即干开帽形式，其它情况用强酸即湿开帽形式。切开剖面观察金丝情况，及金球情况，表面铝线是否受伤，芯片是否有裂缝，光刻是否不良,是否中测，芯片名是否与布线图芯片名相符。样品数量为5只/批。对于开短路和用不导电胶装片的产品要用万用表检测芯片地线和基岛之间电阻检查装片是否有问题。对于密间距产品要测量铝线宽度，确认所用材料（料饼，导电胶，金丝）是否确当开帽后应该再测试，根据结果进一步分析。芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,A,QA G1R M9A } d G y#i%L U
塑封器件失效机理及其可靠性评估技术 1 引言 塑封器件是指以树脂类聚合物为材料封装的半导体器件，其固有的特点限制了塑封器件在卫星、军事等一些高可靠性场合的使用。虽然自70年代以来，大大改进了封装材料、芯片钝化和生产工艺，使塑封器件的可靠性得到很大的提高，但仍存在着许多问题。这些潜在的问题无法通过普通的筛选来剔除，因此，要研究合适的方法对塑封器件的可靠性加以评定。 2 失效模式及其机理分析 塑封器件在没有安装到电路板上使用前，潮气很容易入侵，这是由于水汽渗透进树脂而产生的，而且水汽渗透的速度与温度有关。塑封器件的许多失效机理，如腐蚀、爆米花效应等都可归结为潮气入侵。 2.1 腐蚀 潮气主要是通过塑封料与外引线框架界面进入加工好的塑封器件管壳，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。同时由于树脂本身的透湿率与吸水性，也会导致水汽直接通过塑封料扩散到芯片表面。吸入的潮气中，如果带有较多的离子沾污物，就会使芯片的键合区发生腐蚀。如果芯片表面的钝化层存在缺陷，则潮气会侵入到芯片的金属化层。无论是键合区的腐蚀还是金属化层的腐蚀，其机理均可归结为铝与离子沾污物的化学反应：由于水汽的浸入，加速了水解物质（Cl -，Na+）从树脂中的离解，同时也加速了芯片表面钝化膜磷硅玻璃离解出(PO4)3-。 （1）在有氯离子的酸性环境中反应 2Al±6HCl→2AlCl3±3H 2 Al+3Cl→AlCl3+3e- AlCl3→Al(OH)2 +HCl （2）在有钠离子的碱性环境中反应 2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO 2+3H2 Al+3(OH)- →Al(OH)3+3e- 2Al(OH)3→Al2 O3+3H2O 腐蚀过程中离解出的物质由于其物理特性改变，例如脆性增加、接触电阻值增
半导体器件失效原因分析 发信站: 紫金飞鸿 (Mon Oct 2 12:02:48 2000) 多年来，用户要求有更可靠的电子设备，而与此同时，电子设备发展得越来越复杂。这两个因素的结合，促使人们更加关注电子设备在长期运行中确保无故障的能力。通过失效分析可以深入理解失效机理和原因，引导元器件和产品设计的改进，有助于提高电子设备（系统）的可靠性。 半导体器件的失效通常是因为产生的应力超过了它们的最大额定值。电气应力、热应力、化学应力、辐射应力、机械应力及其他因素都会造成器件失效。半导体器件的失效机理主要划分成以下6种： 一、包封失效。这类失效发生在用于封装器件的包封出现缺陷，通常是开裂。机械应力或热应力以及包封材料与金属引线之间热膨胀系数的不同都会引起包封开裂，当环境湿度很高或器件暴露在溶剂、清洗剂等中时，这些裂缝会使湿气浸入，产生的化学反应会使器件性能恶化，使它们失效。 二、导线连接失效。由于通过大电流造成过量的热应力、或由于连接不当使连接线中产生机械应力、连接线与裸芯之间界面的开裂、硅中的电致迁移、以及过量的连接压力，都会引起导线连接失效。 三、裸芯粘接故障。裸芯与衬底之间粘接不当时，就会恶化两者之间的导热性，结果会使裸芯过热，产生热应力和开裂，使器件失效。 四、本征硅的缺陷。由晶体瑕疵或本征硅材料中的杂质和污染物造成的缺陷使器件失效，在器件制造期间扩散工艺产生的工艺瑕疵也会造成器件失效。 五、氧化层缺陷。静电放电和通过器件引线的高压瞬时传送，可能会使氧化层（即绝缘体）断开，造成器件功能失常。氧化层中的开裂、划伤、或杂质也会导致器件失效。 六、铝金属缺陷。这类缺陷往往由下列几种情况造成：由于大电场导致在电流流动方向上发生铝的电迁移；由于大电流造成过量电气应力，导致铝导体断裂；铝被腐蚀；焊接引起铝金属耗损；接触孔被不适当地淀积上金属；有小丘和裂缝。 半导体器件应该工作在由生产厂确定的电压、电流和功耗限定范围内，当器件工作在这个“安全工作范围（SOA）”之外时，电气应力过 度（EOS）就会引起内部电压中断，导致器件内部损伤。如果EOS产生大电流，会使器件过热，形成热应力过度而使器件失效，即增加的热应力会导致“二次状态”失效。
功率半导体器件在我国的发展现状 MOSFET是由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。它的导通跟阻断都由电压控制，电流可以双向流过，其优点是开关速度很高，通常在几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小，适用于各类开关电源。但它也有缺点，那就是在高压环境下压降很高，随着电压的上升，电阻变大，传导损耗很高。 随着电子电力领域的发展，IGBT出现了。它是由BJT和MOS组成的复合式半导体，兼具二者的优点，都是通过电压驱动进行导通的。IGBT克服了MOS的缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点。因此，其广泛应用于开关电源、电车、交流电机等领域。 如今，各个行业的发展几乎电子化，对功率半导体器件的需求越来越大，不过现在功率半导体器件主要由欧美国家和地区提供。我国又是全球需求量最大的国家，自给率仅有10%，严重依赖进口。功率半导体器件的生产制造要求特别严格，需要具备完整的晶圆厂、芯片制造厂、封装厂等产业链环节。国内企业的技术跟资金条件暂时还无法满足。 从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。我国功率半导体器件的生产制造还需要付出很大的努力。制造功率半导体器件有着严格的要求，每一道工序都需要精心控制。最后的成品仍需要经过专业仪器的测试才能上市。这也是为半导体器件生产厂家降低生产成本，提高经济效益的体现。没有经过测试的半导体器件一旦哪方面不及格，则需要重新返工制造，将会增加了企业的生产成本。
深圳威宇佳公司是国内知名的功率半导体检测专家，专门生产制造简便易用、高精度的设备，让操作人员轻松上手操作，省力更省心。如生产的IGBT动态参数测试设备、PIM&单管IGBT 专用动态设备、IGBT静态参数测试设备、功率半导体测试平台等，均是经过经验丰富的技术人员精心打磨出来的，设备高可靠性、高效率，已在市场上应用超过10年，历经了超过500万只模块/DBC的测试考验。
“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。 在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。 “power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。 从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。 20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。 这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。
电子元器件失效性分析与应用 赵春平公安部第一研究所 摘要： 警用装备作为国内特种装备制造业之一，其可靠性、精确性要求非一般企业及产品所能满足，因其关系到现场使用者及人民的生命财产安全，故设备选材更是严之又严。电子元器件作为警用电子系统的基础及核心部件，它的失效及潜在缺陷都将对装备的可靠性产生重要影响；电子器件失效分析的目的是通过确定失效模式和失效机理，提出对策、采取措施，防止问题出现，失效分析对于查明元器件的失效原因并及时向设计者反馈信息是必须的。随着警用装备制造水平的不断进步，元器件的可靠性问题越来越受到重视，设备研制单位和器件生产厂家对失效分析技术及工程实践经验的需求也越来越迫切。 关键词：警用装备、可靠性、失效模式、失效机理。 一、失效分析的基本内容，定义和意义 1．1失效分析的基本内容 电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序认定器件的失效现象，判断其失效模式和机理，从而确定失效原因，对后续设计提出建议，在生产过程中改进生产工艺，器件使用者在系统设计时改进电路设计，并对整机提出相应测试要求、完成测试。因此，失效分析对元器件的研制速度、整机的可靠性有着重要意义。 1.2失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当分类：按模式分为：开路、短路、无功能、特性退化、重测合格；按原因分为：误用失效、本质失效、早起失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按程度分为：完全失效、局部失效、按时间分为：突然失效、渐变失效、退化失效；按外部表现分为：明显失效、隐蔽失效等。 二、失效的机理、模式 2.1失效的机理 由于电子器件的失效主要来自于产品制造、实验、运输、存储、使用等一系列过程中发生的情况，与材料、设计、制造、使用密切相关。且电子元器件种类繁多，故失效机理也很多，失效机理是器件失效的实质原因，在此说明器件是如何失效，相当于器件失效的物理和化学过程，从而表现出来性能、性质（如腐蚀、疲劳、过应力等）。元器件主要失效机 理有： 2.1.1过应力（EOS）： 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过了其允许的最大范围。 2.1.2静电损伤（ESD） 指电子器件在加工生产、组装、贮存、运输中与可能带静电的容器、测试及操作人员接触，所带经典经过器件引脚放电到地面，使器件收到损伤或失效。
塑封器件失效机理及其快速评估技术研究 1 引言 塑封器件是指以树脂类聚合物为材料封装的半导体器件，其固有的特点限制了塑封器件在卫星、军事等一些高可靠性场合的使用 [1]。虽然自70年代以来[2]，大大改进了封装材料、芯片钝化和生产工艺，使塑封器件的可靠性得到很大的提高，但仍存在着许多问题。这些潜在的问题无法通过普通的筛选来剔除，因此，要研究合适的方法对塑封器件的可靠性加以评定。 美国航空航天局（NASA）的Goddard空间飞行中心在2003年6月颁布的文件（NASA/TP- 2003- 212244: Instructions for Plastic Encapsulated Microcircuit（PEM）Selection,Screening,and Qualification）承认，由于PEM自身的缺陷不可能既满足高可靠性的军事需求，同时又满足低风险的失效率，因此就必须进行筛选和鉴定试验。本文对塑封器件的失效机理分析，并就筛选这个环节的可靠性快速评价进行论述。 2 失效模式及其机理分析 塑封器件在没有安装到电路板上使用前，潮气很容易入侵，这是由于水汽渗透进树脂而产生的，而且水汽渗透的速度与温度有关。塑封器件的许多失效机理，如腐蚀、爆米花效应等都可归结为潮气入侵。
2.1 腐蚀 潮气主要是通过塑封料与外引线框架界面进入加工好的塑封器件管壳，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。同时由于树脂本身的透湿率与吸水性，也会导致水汽直接通过塑封料扩散到芯片表面。吸入的潮气中，如果带有较多的离子沾污物，就会使芯片的键合区发生腐蚀。如果芯片表面的钝化层存在缺陷，则潮气会侵入到芯片的金属化层。无论是键合区的腐蚀还是金属化层的腐蚀，其机理均可归结为铝与离子沾污物的化学反应：由于水汽的浸入，加速了水解物质（Cl -，Na+）从树脂中的离解，同时也加速了芯片表面钝化膜磷硅玻璃离解出(PO4)3-。 ⑴在有氯离子的酸性环境中反应 2Al±6HCl→2AlCl3±3H 2 Al+3Cl→AlCl3+3e- AlCl3→Al(OH)2 +HCl ⑵在有钠离子的碱性环境中反应 2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO 2+3H2 Al+3(OH)- →Al(OH)3+3e- 2Al(OH)3→Al2 O3+3H2O 腐蚀过程中离解出的物质由于其物理特性改变，例如脆性增加、接触电阻值增加、热膨胀系数发生变化等，在器件使用或贮存过程中随着温度及加载电压的变化，会表现出电参数漂移、漏电流过大，甚至短路或开路等失效模式，
半导体器件失效分析的研究Research on Semiconductor Device Failure Analysis
中文摘要 半导体失效分析在提高集成电路的可靠性方面有着至关重要的作用。随着集成度的提高，工艺尺寸的缩小，失效分析所面临的困难也逐步增大。因此，失效分析必须配备相应的先进、准确的设备和技术，配以具有专业半导体知识的分析人员，精确定位失效位置。在本文当中，着重介绍多种方法运用Photoemission 显微镜配合IR-OBIRCH精确定位失效位置，并辅以多项案例。 Photoemission是半导体元器件在不同状态下（二极管反向击穿、短路产生的电流、MOS管的饱和发光，等等），所产生的不同波长的光被捕获，从而在图像上产生相应的发光点。Photoemission在失效分析中有着不可或缺的作用，通过对好坏品所产生的发光点的对比，可以为后面的电路分析打下坚实的基础，而且在某些情况下，异常的发光点就是最后我们想要找到的defect的位置。 IR-OBIRCH(Infrared Optical beam Induced Resistance Change)主要是由两部分组成：激光加热器和电阻改变侦测器。电阻的改变是通过激光加热电流流经的路径时电流或者电压的变化来表现的，因此，在使用IR-OBIRCH时，前提是必须保证所加电压两端产生的电流路径要流过defect的位置，这样，在激光加热到defect位置时，由于电阻的改变才能产生电流的变化，从而在图像上显现出相应位置的热点。 虽然Photoemission和IR-OBIRCH可以很好的帮助我们找到defect的位置，但良好的电路分析以及微探针(microprobe)的使用在寻找失效路径方面是十分重要的，只有通过Photoemission的结果分析，加上电路分析以及微探针(micr oprobe)测量内部信号的波形以及I-V曲线，寻找出失效路径后，IR-OBIRCH才能更好的派上用场。因此，在失效分析中，各个步骤缺一不可。 关键词：失效分析；Photoemission；IR-OBIRCH；微探针（microprobe）;
关于功率MOSFET（VDMOS & LDMOS）的报告 ---时间日期：2009.11.12 ---报告完成人：祝靖1．报告概况与思路 报告目的：让研一新同学从广度认识功率器件、了解功率器件的工作原理，起到一个启蒙的作用，重点在“面”，更深层次的知识需要自己完善充实。 报告内容：1）从耐压结构入手，说明耐压原理； 2）从普通MOS结构到功率MOS结构的发展；（功率MOS其实就是普通MOS结构和耐 压结构的结合）； 3）纵向功率MOS（VDMOS）的工作原理； 4）横向功率MOS（LDMOS）的工作原理； 5）功率MOSFET中的其它关键内容；（LDMOS和VDMOS共有的，如输出特性曲线）报告方式：口头兼顾板书，点到即止，如遇到问题、疑惑之处或感兴趣的地方，可以随时打断提问。 2．耐压结构（硅半导体材料） 目前在我们的研究学习中涉及到的常见耐压结构主要有两种：①反向PN结②超结结构(包括)； 2.1 反向PN结（以突变结为例） 图2.1所示的是普通PN结的耐压原理示意图，当这个PN结工作在一定的反向电压下，在PN结内部就会产生耗尽层，P区一侧失去空穴会剩下固定不动的负电中心，N区一侧会失去电子留下固定不动的正电中心，并且正电中心所带的总电量＝负电中心所带的总电量，如图2.1a所示，A区就是所谓耗尽区。 图2.1b所示的是耗尽区中的电场分布情况（需熟悉了解），耗尽区以外的电场强度为零，Em称为峰值电场长度（它的位置在PN，阴影部分的面积就是此时所加在PN P区和N区共同耐压。图2.2所示的是P+N结的情况，耐压原理和图1中的相同，但是在这种情况中我们常说N负区是耐压区域(常说的漂移区) (a) (b) 图2.1 普通PN结耐压示意图（N浓度＝P浓度）图2.2 P＋N结耐压示意图（N浓度< 片式电阻的主要失效机理与失效模式 1．什么是片式电阻，片式电阻的概念。 片式电阻器又称为片式电阻，也叫表面贴装电阻，它与它片式元器件（SMC 及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。片式电阻在电路内的主要作用是降低电压，分担一部分电压即分压，限流保护电路，分流等，也可以用做时间电路元件和传感器等。 2.片式电阻的特性及分类。 表面组装的电阻器是表面组装元气件的组成之一，它属于无源元件，其作用主要供厚膜、薄膜电路作外贴元件用。它一般按两种方式进行分类。按特性与材料分类分为：厚膜电阻、薄膜电阻。按外形结构分类分为：矩形片式电阻、圆柱片式电阻、异形电阻。矩形片式电阻的结构如下图（a）： （a）矩形片式电阻结构示意图 2.1矩形片式电阻结构介绍： 矩形片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成。 基板：基板材料一般使用96％的Al2O3（三氧化二铝）陶瓷。基本应具体有 良好的电绝缘性，在高温下具有良好的导热性、电性能和一定强度的机械性能。电阻膜：电阻膜是用具有一定电阻率的电阻浆料印刷在陶瓷基本上的，在经过烧结而形成厚膜电阻。电阻浆料一般用RuO2（二氧化钉）。近年来开始使用贱金属系的电阻浆料，比如氧化系（TaN-Ta）、碳化系(WC-W)和Cu系材料，目的是降低成本。 保护膜：将保护膜覆盖在电阻膜上，保护膜的主要作用是保护电阻。它一方面起机械保护作用，另一方面使电阻体表面具有绝缘性，避免电阻与邻近导体接触而产生故障。保护膜一般是低熔点的玻璃浆料，进过印刷烧结而成。 电极：电极是为了保证电阻器具有良好的可焊性和可靠性，一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极、外层电极。内层电极作用：连接电阻体的内部电极。中间电极是镀镍层，其阻挡作用，提高电阻散热，缓冲焊接的热冲击。外层电极是锡铅层，主要作用是使电极具有可焊性。 3片式电阻常见的失效模式与失效机理。 图（1）线绕电阻失效总比例图（2）非线绕电阻失效总比例 片式电阻的主要失效模式与失效机理为： 1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体受力发生断裂，引线帽与电阻体发生脱落。 电子元器件失效分析技术与案例 费庆学 二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h. American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。通过恶裂环境的试验。通过改进提高寿命。―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例b.可靠数学 第一部分：电子元器件失效分析技术（方法） 1．失效分析的基本的概念和一般程序。 A 定义： 对电子元器件的失效的原因的诊断过程 b.目的：0000000 c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得 d．失效机理：失效的物理化学根源 ――》失效的原因 1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形变质外来异物 很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。 漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器 局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和 al 互熔成为合金合金熔点更低） 塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质 失效机理 环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。 ， 2．失效机理的内容 I失效模式与环境应力的关系 任何产品都有一定的应力。 a当应力>强度就会失效 如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效 b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命 c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化 e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力 塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。 f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当 II如何做失效分析 例：一个EPROM在使用后不能读写 1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。 2) 快始失效分析： 取NG&OK品，DataSheet， 查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试） 电源对地的待机电流下降 开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电 阻，电流减小。 原因：闩锁效应应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。 III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品 进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径 元器件的失效模式总结 Beverly Chen 2016-2-4 一、失效分析的意义 失效分析（Failure Analysis）的意义在于通过对已失效器件进行事后检查，确定失效模式，找出失效机理，确定失效的原因或相互关系，在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。 一般的失效原因如下： 二、失效分析的步骤 失效分析的步骤要遵循先无损，后有损的方法来一步步验证。比如先进行外观检查，再进行相关仪器的内部探查，然后再进行电气测试，最后才可以进行破坏性拆解分析。这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。拿到失效样品，首先从外观检查开始。 1. 外观检查：收到失效样品后，首先拍照，记录器件表面Marking信息，观察器件颜色外观等有何异常。 2.根据器件类型开始分析： 2.1贴片电阻，电流采样电阻 A: 外观检查，顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因：过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。 Coating 鼓起并开裂黑色击穿点 ●可失效样品寄给供应商做开盖分析，查看供应商失效报告：如发现烧毁位置位于激光切 割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑调整应用电路，降低电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 激光切割线 去除coating保护层后，可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边，该位置电应力最集中。 B: 外观检查，顶面底面均无异常->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求，如有可能是过电压或过功率烧毁；应力分析在范围内，考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。查看供应商失效报告： ●如发现烧毁位置位于激光切割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑降低应用电 路中的电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 ●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况，可确认 是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。如果有必要，更换为抗硫化电阻。 Take the market need as the guidance,Take the technical innovation as the motive. 内容: ?失效分析处理流程 ?生产伙伴的失效分析设备 ?昊宏失效分析设备情况 ?仓库条件 生产控制分析（24小时） 芯片设计失效分析（24小时） QA 部门成立问题分析小组 （12小时） 接收客户投诉信息（24小时）要求流片、封装、测试公司做失效分析试验（由供应商控制） 客户 市场部补货发出(12小时) 初步失效分析（48小时） FAE 提供解决方案（72小时） 输出失效分析报告(12小时)方案一方案二 方案三 记录失效分析过程，给出明确的失效分析结论和改进措施 SOP5 SOP2 SOP3 SOP4SOP1 SOP6 解决芯片设计失效(根据设计周期确定) SOP7 ｝ SOP8 接收客户投诉信息 SOP1 1.QA部收到客户正式的产品投诉后，应填写《产品失效信息表》 1.1投诉反馈内容必须完整，至少应包括以下内容 1.1.1填写投诉表序号、顾客名称/代号、产品的编号； 1.1.2投诉何种缺陷或问题； 1.1.3对应的出货日期及出货数量； 1.1.4不良率有多少（或提供批量及不良数）； 1.1.5顾客方在什么环节发现该问题。 1.2必要时，须包括以下内容 1.2.1顾客是否对产品进行了试验或特殊处理； 1.2.2如果顾客有进行试验或特殊处理，须了解客户的试验条件及 处理过程； 1.2.3顾客的组装工艺。 1.3如有附件/样品，须在反馈表上注明 1.3.1“有附件/样品”字样； 1.3.2在附件/样品上标识相应的投诉序号； 1.3.3如分析后需要把样品返还顾客，请注明“需返还顾客”字 样，并注明返还流程。 半导体器件烧毁的物理机理* 余稳蔡新华黄文华刘国治 摘要叙述了半导体器件烧毁的物理机理、目前的研究进展及作者正在开展的工作. 关键词半导体器件，烧毁，高功率微波 MECHANISM OF BURNOUT OF SEMICONDUCTOR DEVICES Yu Wen Cai Xinhua (Institute of EM Theory, Changde Teachers' College,Hunan415000) Huang Wenhua Liu Guozhi (Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi'an710024) Abstract The general mechanism of burnout of semiconductor devices is described,as well as recent progress and our present research. Key words semiconductor devices, burnout, high power microwave(HPM) 1前言 高功率微波(HPM)对电子系统进行破坏，可使系统暂时失灵或永久失效，这直接涉及系统内部电子元器件的暂时失灵或永久失效.因此要研究HPM对电子系统的破坏机理，首先要研究半导体器件烧毁的物理机理.另外，从系统的抗辐射能力和加固方面看，也需要对电子系统进行在电过应力(EOS)环境下的易损性评估.以下几个问题使得评估很困难：(1)对任意一个电子器件，很难得到精确的理论或实验失效阈值；(2)实际的EOS应力参数必须与用于理论或实验上确定失效阈值时使用的理想参数相比较，过度保守的估计将导致系统的超加固，增加不必要的成本，拖延进度，降低系统性能，而过高的估计则可使系统易损；(3)器件的复杂性问题［不同的制造过程、不同种类的器件(甚至同种器件间)有变化］；(4)产生EOS的电磁环境问题［如电磁脉冲(EMP)、核电磁脉冲(NEMP)、光电磁脉冲(LEMP)、电磁干扰(EMI)、静电放电(ESD)、系统电磁脉冲(SGEMP)、微波(MW)等等］；(5)同一批器件，数据变化也很大，不同一批器件和不同厂家的产品，数据变化就更大.因此，从理论上探讨器件烧毁的物理机理，找出大致规律，很有意义. 2器件烧毁的物理机理 半导体器件承受EOS测试时，将表现出很多失效物理机理［1］，几乎器件的每一部分都有可能失效：(1)敷金属和引线能被熔化，电迁移能使金属膜导体变薄，甚至导致开路；(2)在器件的绝缘材料或氧化区或器件表面，可产生导致局部高温的电击穿；(3)在有源结区，可产生导致强流和高温的二次击穿. 根据研究，对双极型器件，90%的失效是由结区击穿引起的，敷金属失效仅占10%，但对MOS 器件，则63%的失效来源于敷金属失效，27%则属于氧化物击穿. 通常在局部温度升高到熔点时发生敷金属和引线失效，该热量来自于金属中的强流密度或金属附近的热硅(由其他地方的强流密度引起).敷金属失效将因线路分开(有点像保险丝烧毁)而导致开路.引起失效的强流可能来自于击穿或器件其他地方的失效，所以敷金属和引线失效可能只是一种结果而不是器件失效的原因.电迁移应用于强流密度情形下金属中的质量输运.最近，人们认为，对金属膜导体截面不够的半导体器件，电迁移可能是一种消耗失效模式，该失效将导致电路开路.当半导体或绝缘体两条蚀刻导电通道之间的电场超过中间介质击穿极限时，将因产生电弧形成熔融金属通道而使电路短路，器件线度越小，该失效机制越重要. PN结的表面条件将影响其电特性.依赖于表面条件的表面复合过程，对自由载流子来说像一个阱.强场表面击穿是表面损伤的原因之一.对半导体器件，该强场发生于靠近结区与表面的交界处.器件绝缘区失效主要是高压击穿(由材料中的强瞬间电场或硅材料附近热点的热损伤或机械损伤所致).半导体器件有源结区的失效通常来自于局部熔化及随后的硅再结晶，或来自于从结表面来的实际热注入，该热量由通过结的强流密度引起，反过来又导致热或电流二次击穿. 二次击穿模式有热模式和电流模式两种［2—4］. 随入射EOS功率不同而采取不同的模式， 电子元器件失效分析技术及经典案例培训 课程背景： 电子产品在不断与失效作斗争中不断提高可靠性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具。失效分析是故障归零的关键技术：产品故障归零技术上要求“定位准确，机理清楚，故障再现，措施有效，举一反三”，显然，失效分析实现“机理清楚”，只有在失效机理的指引下才能确定正确的“故障再现”的应力，只有在机理的指引下，才能确定引起故障的原因，对故障实施改进、控制才能做到“措施有效”。 课程概要及收益： “电子元器件失效分析技术与经典案例”分为两讲，第一讲和第二讲是“电子元器件失效分析技术”，这一讲中首先简单讲述电子产品（包括各种元器件、集成电路、组件等）失效分析的主要术语，失效分析的程序和方法。重点通过具体的分析案例，剖析失效分析的程序和方法各个节点的分析要点和分析技巧。通过学习让学员掌握怎样开展失效分析工作，采用什么分析仪器设备提取失效样品的失效证据，怎样研判失效证据与样品失效的关系，从而诊断失效样品的失效机理；掌握分析设备的应用技巧和失效分析中的关键问题。第三讲是“失效分析经典案例”，通过典型的失效分析案例的剖析，加深失效分析程序和方法的掌握，通过典型的失效分析案例讲述各种元器件、各种失效机理的分析、诊断方法，并在失效分析的案例中培训学员怎样考虑问题、怎样采用合适的分析手段（分析仪器、设备）提取证据，怎样识别各种失效机理的表现特征，怎样对获得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。 【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 课程对象：电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、可靠性工程师、失效分析工程师； 13种常用的功率半导体器件介绍 电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管 MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点： （1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2； （2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V； （3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s； （4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断； 2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors） IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT 常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。?引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 ?短路：银的迁移，电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻： ?非线绕电阻： 失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化： 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一片式电阻的主要失效机理与失效模式
电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效模式总结
失效分析处理流程失效分析处理流程
半导体器件烧毁的物理机理
电子元器件失效分析技术及经典案例 (1)
13种常用的功率半导体器件介绍
常见的电子元器件失效机理与分析
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