EOS驗證與失效分析報告

1、（圖A，B）及SEM（圖 B, C）看到EOS的不良現(xiàn)象EOS驗證與失效分析賴國印失效分析與終端品質(zhì)管理全球製造摘要FAE遇到元件失效時，若因無元件失效分析之能力，將失效元件送回廠商分析，但元件廠商的回覆報告有極大部分的失效原因為EOS所導(dǎo)致， 造成時間和成本的浪費。本文探討EOS之成因且對元件之失效分析應(yīng)執(zhí)行的驗證及處理流程，透過案例研討，期有效幫助工程師判斷電子元件失效的原因是否為 EOS所造成，進而找到根本原因 （Root Cause）。避免因EOS造成之失效元件送廠 商分析所產(chǎn)生的時間和成本的浪費。.、八、-一.刖言EOS是Electrical Overstress的簡稱，其造成電子元

2、件失效之原理如同過電流流過保險絲產(chǎn)生熱能保險絲燒斷為相同的道理。在大多數(shù)的失效案例中電子元件內(nèi)部電路與地（GND）或不同電位點之間形成短路，產(chǎn)生過電流而造成元件損壞為大多數(shù)電子元件失效的主要因素。此外有人會對 EOS與ESD產(chǎn)生混淆，簡言之，ESD也是EOS的一種，但因 ESD對電子元件的損害，其嚴重程度與能量大小有關(guān)。如果能量較小，可能只導(dǎo)致電子元件輕微的損壞影響其可靠度並未造成立即的功能不良，久性損壞甚至燒毀，就是如果能量較大，可導(dǎo)致電子元件被擊穿或形成過電流對元件形成永EOS如下圖，為利用光學(xué)顯微鏡(圖片來源:VOLTERRA Silicon Power Solutions-ESD/EO

3、S Differences)為何要做EOS驗證根據(jù)電子元件業(yè)界常見的失效原因分析中，EOS佔了約47 %，如圖一所示。由此可知EOS對製造業(yè)產(chǎn)生品質(zhì)成本的影響相當(dāng)嚴重是所有電子元件失效原因之首。三.驗證流程及方法為因應(yīng)EOS的問題，本單位發(fā)展岀一套系統(tǒng)化的分析驗證及處理流程能讓失效分析工程師在第一 時間澄清失效之電子元件是否EOS所造成，及時正確判斷不必將有 EOS問題的電子元件送廠商分析而喪失尋找問題根本原因及解決問題之黃金時間。EOS驗證流程:驗證方法:1. 可使用Curve Tracer曲線追蹤儀（如圖2）來量測元件之 DC特性，如果經(jīng)由Curve Tracer檢查該元件之特性不符合原先

4、的元件之規(guī)格，則可初步判斷可能為EOS。urw l rucvi-叩 , 1 i!, ll I It Ul ； K*ll . j圖2曲線追蹤儀來驗證2. 利用 Special ATE /Flying Probea.可依照元件規(guī)格製作 ATE測試治具（圖3）及測試程式（測試內(nèi)容包含 Open, Short , IC Diode&VCC, Boundary Sean or XOR Tree之量測）如同使用 Curve Tracer 判斷是否為 EOS之相同原理，取得該元件之 DC特性參數(shù)藉以進行判斷是否為EOS圖3 ATE治具b. Flying Probe （ 圖 4）可依照元件規(guī)格製作Flyi n

5、g Probe測試夾邊治具，另取一片好的元件當(dāng)樣品製作Flyi ng Probe測試程式，（測試內(nèi)容包含 Open, Short ， IC Diode 對VCC量測）如同使用 Curve Tracer 判斷是否為EOS之相同原理，取得該元件之DC特性參數(shù)藉以進行判斷是否為EOS圖4 ATE治具3. 考慮前各廠之設(shè)備並無Curve Tracer or Special ATE /Flying Probe時，可以利用示波器來量測元件之保護二極體特性曲線，此方法如同Curve Tracer判斷是否為EOS之相同原理，取得該元件之DC特性參數(shù)藉以進行判斷是否為EOS接線示意圖如下所示X-Y植式利用訊號產(chǎn)

6、生器輸出正弦波，此時依據(jù)電子元件之規(guī)格找到需要量測之保護二極體後，依續(xù)將示波器的Ch1當(dāng)做X軸（二極體的偏壓），Ch2當(dāng)作丫軸（二極體的電流），按照是意圖之訊號線接 好後即可開始調(diào)整訊號產(chǎn)生器的DCoffset ，則可將二極體曲線呈現(xiàn)在示波器上。如果示波器上顯示的二極體曲線為橫線或縱線時，則可能此二極體已經(jīng)形成開路或短路，該元件之特性已不符合原先的元件之規(guī)格，則可初步判斷可能為EOS。上述方法對電子元件較不易損壞也較準確，但礙於設(shè)備缺乏時或遇到非常緊急的事件時，也可利用電錶做初步驗證動作，但須注意電錶會有較不穩(wěn)的電壓或產(chǎn)生瞬間電壓，容易破壞元件內(nèi)部之電性特性，所以使用時需在電錶與元件之間加上5

7、0100 ohm的電阻來濾波使得降低電錶對元件的傷害。如下針對電錶的量測方法加以說明:首先，針對元件使用電錶之 Ohm檔來量測各內(nèi)部電路對地 （GND） or對電源（VCC）之間的阻抗是 否正常（依據(jù)元件規(guī)格找岀IC的Pin assignment用電錶來量測元件本體之二極體值，再與功能不良IC的二極體量測值作比較。 ）另外也可利用電錶之二極體檔來量測VCC & GND之間的保護二極體是否短路或開路（正確的二極體值在0.7mv左右，當(dāng)然也要與好的元件做比較）圖四。如果其保護二極體不良，則較有可能是高電壓/電流擊穿保護二極體。原因為當(dāng)逆向電壓增加到一定程度時，P-N二極體會變成導(dǎo)體，如再增加逆向電

8、壓會使二極體燒毀，如果不良Sample較少時仍然需使用Curve Tracer or 來檢測，防止因本身分析的問題導(dǎo)致元件被壞而找不到真正原因，如下圖為二極體之符號及電錶量測方法。二極體符號圖5電錶量測二極體的示意圖如下為元件規(guī)格所列之保護二極體做為參考經(jīng)過怙對匕和乜林袴DUT、Im:Vcc的回覆報告是” EOS所造成元件損壞。（如圖6所示）圖6廠商分析結(jié)果為 EOS四案例研討案例無法開機（No Power）於中山廠測試 VOIP時發(fā)現(xiàn)無法開機（No Power）的情形，經(jīng)失效分析工程師針對無法開機的現(xiàn)象去量測Super I/O 訊號，其中發(fā)現(xiàn)Pin72輸岀電壓錯誤 （NG為0.76V （Po

9、wer on source）OK輸岀電壓為 3V ），和pin67 輸岀電壓為 0V（Vcch），但正確為 5V）。經(jīng)過了一個月左右廠商經(jīng)FAE驗證該元件後判定為元件本體不良所致，因此將元件送廠商分析,此問題持續(xù)的發(fā)生（二至三個月），經(jīng)GFA協(xié)同Site FAE到生產(chǎn)區(qū)分析產(chǎn)線測試情況，其中發(fā)現(xiàn)功能測試站使用的測試治具為”Function BOX ” .然而Function Box內(nèi)部有一片 Power Board卻未做絕緣的防護（容易形成短路），同時發(fā)現(xiàn)Power Board旁有可移動的錫渣。（如圖7所示）錫渣Power Board未絕緣保護Power Board 有絕緣圖7 Power B

10、oard未絕緣防護與錫渣因此研判是錫渣短路到Power board而形成開啟電源時產(chǎn)生瞬間異常電壓將電子元件（Super I/O）的電路擊穿導(dǎo)致元件內(nèi)部短路，（如下圖所示）經(jīng)模擬驗證（將錫球短路Power Board，即可複製相同的不良現(xiàn)象）。由此案例可見，失效分析工程師並沒有及時分析EOS導(dǎo)致元件失效，廠商分析的時間過於攏長錯過了在第一時間找到根本原因，經(jīng)過此經(jīng)驗來告訴我們失效分析工程師必須了解在第一時間澄清 失效之電子元件是否 EOS所造成的重要性，及時正確判斷不必將有 EOS問題的電子元件送廠商分 析而喪失尋找問題根本原因及解決問題之黃金時間。五結(jié)論EOS驗證流程是本公司失效分析工程師也針對各廠區(qū)/工廠失效分析工程師實施其主管之督導(dǎo)與要求實為成功的關(guān)鍵EOS可視