可靠性測試與效應(yīng)分析

1、可靠性測試與效應(yīng)分析第1頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/131可靠性測試與失效分析可靠性基本概念第2頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/132可靠性測試與失效分析 前言 1.前言 質(zhì)量（Quality）和可靠性（Reliability）是IC產(chǎn)品的生命，好的品質(zhì)及使用的耐力是一顆優(yōu)秀IC產(chǎn)品的競爭力所在。在做產(chǎn)品驗(yàn)證時我們往往會遇到三個問題，驗(yàn)證什么，如何去驗(yàn)證，哪里去驗(yàn)證，驗(yàn)證后的結(jié)果分析(Failure analysis), 如何進(jìn)行提高(Improvement). 解決了這些問題，質(zhì)量和可靠性就有了保證，制造商才

2、可以大量地將產(chǎn)品推向市場，客戶才可以放心地使用產(chǎn)品。 本文中將介紹可靠性的定義,測試方法和標(biāo)準(zhǔn), 失效機(jī)理以及失效分析方法。第3頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/133可靠性測試與失效分析 質(zhì)量與可靠性2.質(zhì)量與可靠性質(zhì)量是一組固有特性滿足要求的程度 質(zhì)量是對滿足程度的描述，滿足要求的程度的高低反映為質(zhì)量的好壞，在比較質(zhì)量的優(yōu)劣時，應(yīng)注意在同一等級上進(jìn)行比較?？煽啃? 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力可靠性的概率度量稱可靠度(即完成規(guī)定功能的概率)。產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定功能(Spec)的事件或狀態(tài)稱故障，對電子元器件來說亦

3、稱失效。 第4頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/134可靠性測試與失效分析 質(zhì)量與可靠性質(zhì)量與可靠性的相關(guān)性質(zhì)量提高，器件的一致性變好(如參數(shù)分布等)器件的一致性更好，可靠性則更均勻(uniform)。質(zhì)量缺陷的問題被解決，則該缺陷引起的可靠性失效則不 會發(fā)生。更進(jìn)一步說，高質(zhì)量等于高可靠性。 第5頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/135可靠性測試與失效分析 可靠性試驗(yàn) 3.可靠性試驗(yàn) 可靠性試驗(yàn)是評估產(chǎn)品一定時間內(nèi)可靠性水平,暴露存在的問題。規(guī)定條件環(huán)境條件(溫度/濕度/振動等)，負(fù)載大小，工作方式等。規(guī)定時間隨時間

4、推移，產(chǎn)品可靠度下降。規(guī)定功能所有功能和技術(shù)指標(biāo)。 可靠性是設(shè)計(jì)并制作在產(chǎn)品內(nèi)的，而不是試驗(yàn)出來的?？煽啃栽囼?yàn)只能降低用戶的風(fēng)險(xiǎn)。 新的可靠性評估方法是改評估產(chǎn)品為評估生產(chǎn)線，相信合格的生產(chǎn)線能把可靠性做到產(chǎn)品中去。第6頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/136可靠性測試與失效分析 失效率4.失效率(Failure rate) 失效率是可靠性測試中最關(guān)鍵的參數(shù)。 失效率某時刻尚未失效的器件繼續(xù)工作下去時在單位時間內(nèi)失效的幾率。 通常以 FIT（Failure In Time）作單位，1FIT=10億個產(chǎn)品1小時內(nèi)失效1個或1000小時內(nèi)1ppm的失效率。 失

5、效率的倒數(shù)表示兩個失效之間的間隔時間，即MTBF （Mean Time Between Failure）。第7頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/137可靠性測試與失效分析 失效率例 有100塊IC，在1000小時內(nèi)失效5塊，在10001010小時失效38塊，求t1000，和t1010h的失效率的估計(jì)值？ (0）5/1000(100-0)=5105/h50000 Fit(1000)38/(1010-1000)(100-5)0.4% h1 第8頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/138可靠性測試與失效分析 失效率失效率曲線示

6、意圖 (Bathtub curve)TimeFailureRateInfant MortalityProduct Life TimeWear Out Commercial5 yearsIndustrial10 yearsAutomotive10-20 yearsCustomVarious隨機(jī)失效早期失效有用壽命期磨損失效第9頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/139可靠性測試與失效分析 失效率早期失效：產(chǎn)品本身存在的缺陷（設(shè)計(jì)缺陷/工藝缺陷）造成，改進(jìn)設(shè)計(jì)/材料/工藝的質(zhì)量管理，可明顯改善早期失效率偶然失效：失效率低且穩(wěn)定，不當(dāng)應(yīng)用是失效主要原因耗損失效：磨

7、損、老化、疲勞等引起產(chǎn)品性能惡化。如緩慢的化學(xué)變化使材料退化，壓焊點(diǎn)氧化等第10頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1310可靠性測試與失效分析 失效率TierTypical Application Use-TimePower-On HoursExamples of Typical ApplicationsCommercial5 yearsPart timePCs, consumer electronics, portable telecom products, PDAs, etc.Industrial 10 yearsPart time / Full ti

8、meInstalled telecom equipment, work stations, servers, warehouse equipment, etc.Automotive10-20 yearsPart time /Full time“under the hood”, drive train control, or safety equipment CustomVariousPart time / Full timeApplications with specific customer requirements第11頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9

9、/1311可靠性測試與失效分析 失效機(jī)理5.失效機(jī)理熱效應(yīng)金線熱疲勞而斷開、塑封體裂紋引起密封性失效、粘片層空洞引起熱阻增大、鈍化層開裂、芯片開裂、鋁再結(jié)構(gòu)造成開/短路、鍵合處出現(xiàn)紫斑開路等化學(xué)效應(yīng)引腳腐蝕、塑封/界面/裂紋吸濕引起鋁線腐蝕/鍵合區(qū)電化學(xué)腐蝕、水汽帶入的離子引起漏電、塑封體中的雜質(zhì)離子引起漏電等電效應(yīng)強(qiáng)電場導(dǎo)致柵氧擊穿/MOS電容擊穿、 大電流發(fā)熱導(dǎo)致多晶電阻燒毀/PN結(jié)區(qū)硅燒熔/金屬間電弧/鋁燒熔/塑封碳化等。機(jī)械應(yīng)力振動、加速度、應(yīng)力等第12頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1312可靠性測試與失效分析 抽樣數(shù)和可接受失效數(shù)6.抽樣數(shù)和

10、可接受失效數(shù)抽樣數(shù)和可接受失效數(shù)由可接受的產(chǎn)品不合格質(zhì)量水平及可信度推算。通常的抽樣77pcs允許1pc失效對應(yīng)的可接受不合格質(zhì)量水平的不合格率為5%/1000hrs(50ppm)第13頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1313可靠性測試與失效分析可靠性測試第14頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1314可靠性測試與失效分析 可靠性工程師工作內(nèi)容 1.可靠性工程師工作內(nèi)容樣品準(zhǔn)備可靠性測試失效分析數(shù)據(jù)處理與歸檔第15頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1315可靠性測試與失效分析 試

11、驗(yàn)種類2.試驗(yàn)種類環(huán)境試驗(yàn)溫度循環(huán)/沖擊、高壓蒸煮、加速濕熱、鹽霧、耐焊接熱、高溫儲存壽命試驗(yàn)早期失效率、動態(tài)/靜態(tài)/間歇高溫壽命試驗(yàn)機(jī)械試驗(yàn)振動/沖擊、加速度、可焊性、鍵合強(qiáng)度ESD/Latch-up測試第16頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1316可靠性測試與失效分析 可靠性測試計(jì)算工作3.可靠性測試計(jì)算工作可靠性試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)加速試驗(yàn)加速因子的計(jì)算加速環(huán)境應(yīng)力與失效機(jī)理的對應(yīng)關(guān)系工藝/封裝/設(shè)計(jì)變動與可靠性試驗(yàn)選擇樣品數(shù)量/批次的選擇第17頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1317可靠性測試與失效分析 高溫工作壽

12、命4.圓片工藝相關(guān)的可靠性試驗(yàn)4.1 高溫工作壽命(HTOL/Burn-in) 目的：考核產(chǎn)品在規(guī)定條件下全工作時間內(nèi)的可靠性，發(fā)現(xiàn)熱/電壓加速失效機(jī)理，預(yù)估長期工作的失效率。 條件：125oC（或使結(jié)溫等于額定值），Vddmax,168hrs（消除早期失效元件，把元件帶到隨機(jī)失效區(qū)）1000hrs （進(jìn)入有用壽命期，試驗(yàn)時間長短對應(yīng)有用壽命期長短）。 失效機(jī)理：高溫下芯片表面和內(nèi)部的雜質(zhì)加速反應(yīng)，缺陷進(jìn)一步生長，使器件性能退化?？蓜与x子富集導(dǎo)致的表面溝道漏電，結(jié)特性退化，電場加速介質(zhì)擊穿，高溫加速電遷移等。 對大功率器件，可采用常溫功率負(fù)荷的方式使結(jié)溫達(dá)到額定值。檢驗(yàn)電遷移問題，采用大電流高

13、溫加速。第18頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1318可靠性測試與失效分析 高溫工作壽命早期失效實(shí)例第19頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1319可靠性測試與失效分析 高溫工作壽命Confidence Level=60%,Sample size=77,Failure allowed: 1 ,Ea=0.7 eV1255515055Test TimeFailure RateLife TtmeTest TimeFailure RateLife Ttme168 hours2020 FIT0.7 years168 hours

14、599 FIT2 years500 hours674 FIT2 years500 hours201 FIT7 years1000 hours337 FIT4 years1000 hours100 FIT14 years2000 hours169 FIT8 years2000 hours50 FIT28 years第20頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1320可靠性測試與失效分析 高溫儲存4.2 高溫儲存(HTST) 目的：考核無電應(yīng)力情況下，長期高溫存儲對產(chǎn)品的影響。 條件：150oC，1000hrs。 失效機(jī)理：因擴(kuò)散導(dǎo)致硅鋁共熔形成硅化物而使接觸電阻

15、增大直致開路、金鋁鍵合因形成合金而退化（紫斑） 、高溫下鈦?zhàn)钃鯇尤毕荨⑺芊饬细邷叵录铀倮匣瘜?dǎo)致絕緣/防護(hù)性能劣化或釋放雜質(zhì)、表面沾污高溫下加速腐蝕。 現(xiàn)在的半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性已很高，該試驗(yàn)已不足以暴露問題。第21頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1321可靠性測試與失效分析 表面貼裝器件的預(yù)處理5.封裝可靠性試驗(yàn)5.1 表面貼裝器件的預(yù)處理（Precondition）目的：模擬表面貼裝器件被運(yùn)輸/儲存/再流焊到PCB上的過程條件：T/C (-40oC60oC，5cycles，模擬空運(yùn)) Bake（125oC，24hrs，去除濕氣)Moisture Soak（

16、模擬打開防潮包裝后的儲存，條件由MSL定， 1:85oC/85%RH，168hrs；2: 85oC/60%RH，168hrs ） Reflow(3cycle，模擬回流焊，條件與是否無鉛工藝/塑封大小有關(guān)) ET/SAT失效機(jī)理：因富集在塑封體內(nèi)各界面的水汽在表貼過程中迅速膨脹及材料的不匹配而導(dǎo)致界面分層或塑封體開裂，影響產(chǎn)品可靠性，嚴(yán)重時可導(dǎo)致開路。第22頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1322可靠性測試與失效分析 表面貼裝器件的預(yù)處理第23頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1323可靠性測試與失效分析 表面貼裝器件

17、的預(yù)處理第24頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1324可靠性測試與失效分析 溫度循環(huán)/沖擊第25頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1325可靠性測試與失效分析 溫度循環(huán)/沖擊5.2 溫度循環(huán)/沖擊（T/C，T/S）目的：模擬環(huán)境溫度變化或開關(guān)機(jī)造成的溫度變化，考核溫度交替變化對產(chǎn)品機(jī)械/電性能的影響，暴露粘片/鍵合/塑封等封裝工藝/材料缺陷，及金屬化/鈍化等圓片工藝問題。條件：-65oC150oC,氣體-氣體,15min-50sec-15min, 100/500 cycle, 液體-液體（碳氟化物）,5min-3se

18、c-5min （熱沖擊）。失效機(jī)理：不同材料間熱膨脹系數(shù)差異造成界面熱匹配問題，造成金線斷裂、鍵合脫落（開路）、塑封開裂（密封性失效）、界面分層（熱阻增大） 、鋁線再結(jié)構(gòu)（開短路） 、鈍化層開裂、硅鋁接觸開路、芯片背面劃痕繼續(xù)長大導(dǎo)致芯片開裂。第26頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1326可靠性測試與失效分析 溫度循環(huán)/沖擊第27頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1327可靠性測試與失效分析 高溫蒸煮5.2 高溫蒸煮(PCT/PTH/Autoclave) 目的：檢驗(yàn)器件抵抗水汽侵入及腐蝕的能力，不包括外部腐蝕。 條件

19、： 121oC/100%RH，205kPa（2atm），168hrs。 失效機(jī)理：濕氣通過塑封體及各界面被吸入并到達(dá)芯片表面,在鍵合 區(qū)形成原電池而加速鋁的腐蝕。另外，水汽帶入的雜質(zhì)在器件表面形成漏電通道。 試驗(yàn)后因管腳腐蝕引起的開路或塑封體表面漏電等失效不計(jì)。第28頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1328可靠性測試與失效分析 高溫蒸煮LEADRESIN MATERIALCHIPINTERNAL WIREPENETRATION THROUGH THE RESIN MATERIALINTERFACE PENETRATIONPenetration paths

20、 of water into a plastic encapsulated IC第29頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1329可靠性測試與失效分析 高溫蒸煮第30頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1330可靠性測試與失效分析 高溫高濕電加速5.3 高溫高濕電加速（THB/HAST） 目的：模擬非密封器件在高溫高濕環(huán)境下工作，檢驗(yàn)塑封產(chǎn)品抗水汽 侵入并腐蝕的能力。 條件：THB 85oC/85%RH，Vccmax static bias，1000hrs HAST 130oC/85%RH/2atm，Vccmax bias

21、，100hrs。 失效機(jī)理：相對高壓蒸煮，偏置電壓在潮濕的芯片表面加速了鋁線及鍵合區(qū)的電化學(xué)腐蝕。同時，水汽帶入的雜質(zhì)及塑封體內(nèi)的雜質(zhì)在電應(yīng)力作用下富集在鍵合區(qū)附近和塑封體內(nèi)引腳之間而形成漏電通道。 24hrs HAST1000hrs THB。 如果在HAST試驗(yàn)中出現(xiàn)正常工作中不可能出現(xiàn)的失效機(jī)理（如塑封體內(nèi)部的分離），則認(rèn)為HAST加速條件過于嚴(yán)酷而失去有效性。第31頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1331可靠性測試與失效分析 栓鎖觸發(fā)試驗(yàn)6.線路設(shè)計(jì)相關(guān)的可靠性試驗(yàn)6.1 栓鎖觸發(fā)試驗(yàn)（Latch-up）目的：檢驗(yàn)產(chǎn)品觸發(fā)栓鎖的閥值條件。條件：盡量

22、讓器件處于最壞工作條件下，從各引腳輸入大電壓或電流作為觸發(fā)源，檢查撤去觸發(fā)源后電源電流判斷是否發(fā)生栓鎖。失效機(jī)理：內(nèi)部寄生的雙極正反饋結(jié)構(gòu)在大電應(yīng)力或瞬變電應(yīng)力下被激發(fā)，導(dǎo)致電源電流無限增大（近似電源與地短路），觸發(fā)源撤去后，寄生正反饋結(jié)構(gòu)仍在工作，直致電源撤去或電路被燒毀。第32頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1332可靠性測試與失效分析 靜電放電試驗(yàn)6.2 靜電放電試驗(yàn)（ESD）目的：檢驗(yàn)產(chǎn)品承受靜電放電的能力。條件：模擬人體/設(shè)備/器件放電的電流波形，按規(guī)定的組合及順序?qū)ζ骷饕龆朔烹?。失效機(jī)理：強(qiáng)電場導(dǎo)致柵氧擊穿/MOS電容擊穿、 大電流發(fā)熱導(dǎo)

23、致多晶電阻燒毀/PN結(jié)區(qū)硅燒熔/金屬間電弧等.在高環(huán)境溫度下，熱致失效所需的靜電能量越低。另有潛在性失效，使器件抗靜電能力下降，壽命縮短，而實(shí)際使用中出現(xiàn)的靜電失效大多為潛在性失效。第33頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1333可靠性測試與失效分析 靜電放電試驗(yàn)第34頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1334可靠性測試與失效分析 靜電放電試驗(yàn)第35頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1335可靠性測試與失效分析失效分析第36頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二

24、2022/9/1336可靠性測試與失效分析 失效分析基本概念 1.失效分析基本概念目的： 確定失效模式和失效機(jī)理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機(jī)理重復(fù)出現(xiàn)。失效模式：指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機(jī)理：指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。第37頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1337可靠性測試與失效分析 失效原因1.1 失效原因引起開路失效的主要原因： 過電損傷、靜電擊穿、金屬電遷移、金屬的化學(xué)腐蝕、壓焊點(diǎn)脫落、閂鎖效應(yīng)。 其中淀積Al時提高硅片的溫度可以提高Al原子的晶塊體積，可以改善電遷移。V

25、I閂鎖效應(yīng)電源對地的IV曲線第38頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1338可靠性測試與失效分析 失效原因引起漏電和短路失效的主要原因： 顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、PN結(jié)微等離子擊穿、SiAl互溶。Al穿釘VIVI正常PN結(jié)反向曲線微等離子擊穿PN結(jié)反向曲線第39頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1339可靠性測試與失效分析 失效原因引起參數(shù)漂移的主要原因： 封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子粘污、歐姆接觸退化、金屬電遷移、輻射損傷。 例： Pad點(diǎn)處無鈍化層，有水汽的話，會導(dǎo)致短路，水汽蒸發(fā)后又恢復(fù)絕緣性，表現(xiàn)為工作時參數(shù)不穩(wěn)

26、定。第40頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1340可靠性測試與失效分析 失效物理模型1.2 失效物理模型應(yīng)力強(qiáng)度模型（適于瞬間失效） 失效原因：應(yīng)力強(qiáng)度 例如：過電應(yīng)力（EOS）、靜電放電（ESD）、閂鎖（Latch up）等。應(yīng)力時間模型 （適于緩慢退化） 失效原因：應(yīng)力的時間積累效應(yīng)，特性變化超差。 例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。第41頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1341可靠性測試與失效分析 失效物理模型溫度應(yīng)力時間模型 應(yīng)速度符合下面的規(guī)律：（M是溫度敏感參數(shù)，E是與失效機(jī)理有關(guān)的激活能）（十度法則：

27、從室溫開始，每提高10度，壽命減半）BlnL產(chǎn)品平均壽命的估算第42頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1342可靠性測試與失效分析 失效分析一般程序1.3 失效分析一般程序收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)電學(xué)測量測并確定失效模式非破壞性分析打開封裝鏡檢通電激勵芯片失效定位對失效部位進(jìn)行物理、化學(xué)分析綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施第43頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1343可靠性測試與失效分析 收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)2.收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)應(yīng)力類型與元器件失效模式或機(jī)理的關(guān)系舉例第44頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，

28、星期二2022/9/1344可靠性測試與失效分析 收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù) 收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容: 失效環(huán)境、失效應(yīng)力、失效發(fā)生期以及失效樣品在失效前后的電測試結(jié)果。失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境、元器件在電路圖上的位置和所受電偏置的情況。失效應(yīng)力包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、氣候應(yīng)力和輻射應(yīng)力。失效發(fā)生期包括：失效樣品的經(jīng)歷、失效時間處于早期失效、隨機(jī)失效或磨損失效。第45頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1345可靠性測試與失效分析 電學(xué)測量3.電學(xué)測量電子元器件的電測失效分類：連接性失效（開路、短路、電阻變化等）多數(shù)是ESD和EOS引起的，比例

29、大概50。電參數(shù)失效（值超出范圍和參數(shù)不穩(wěn)定）例如：電流增益、光電流、暗電流等。功能失效（給定輸入信號，輸出異常)第46頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1346可靠性測試與失效分析 電學(xué)測量431功能失效 Ref-Anode 電流偏大第47頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1347可靠性測試與失效分析 電學(xué)測量電測的重要結(jié)論電測失效模式可能多種模式共存。一般只有一個主要失效模式，該失效模式可能引發(fā)其他失效模式。連接性失效，電參數(shù)失效和功能失效呈遞增趨勢，功能失效和電參數(shù)失效時常可以歸結(jié)于連接性失效。在缺少復(fù)雜功能測試

30、設(shè)備時，有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試，結(jié)合物理失效分析技術(shù)，仍然可以獲得令人滿意的失效分析結(jié)果第48頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1348可靠性測試與失效分析 電學(xué)測量 從第46頁的測試曲線可以看出，電路的大管子應(yīng)該有損傷(Cathode- Anode)。但同時也伴隨Ref-Anode電流變大的現(xiàn)象。REFAnodeCathode 左圖是開蓋后看到的結(jié)果，與上面的猜測相符。 輸出管擊穿是各種失效模式的原因。第49頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1349可靠性測試與失效分析 無損分析技術(shù)4.無損失效分析技術(shù)

31、不必打開封裝對樣品進(jìn)行失效定位和失效分析的技術(shù)。X射線透視技術(shù)反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（CSAM）名稱應(yīng)用優(yōu)勢主要原理X射線透視技術(shù)(X-Ray)以低密度區(qū)為背景，觀察材料的高密度區(qū)的密度異常點(diǎn)（主要用來判定引線斷裂）透視X光被樣品局部吸收后成像的異常反射式掃描聲學(xué)顯微術(shù)（CSAM）以高密度區(qū)為背景，觀察材料內(nèi)部空隙或低密度區(qū)（主要用來判定封裝內(nèi)的空隙和芯片粘接失效）超聲波（5100MHz)遇空隙受阻反射第50頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1350可靠性測試與失效分析 無損分析技術(shù)紅色區(qū)域?yàn)樾酒cL/F之間有空隙X-rayC-SAM第51頁，共68頁，2

32、022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1351可靠性測試與失效分析 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡5.失效定位技術(shù)5.1 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)第52頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1352可靠性測試與失效分析 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡 光學(xué)顯微鏡 SEM第53頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1353可靠性測試與失效分析 顯微紅外熱像分析技術(shù)5.2 顯微紅外熱像分析技術(shù)測試原理： 芯片通電過程中會發(fā)熱，由于芯片各部位電流強(qiáng)度不同，導(dǎo)致芯片表面溫度不同，紅外熱像儀掃描整個芯片，可以獲得芯

33、片溫度分布圖。輸出圖的顏色對應(yīng)該點(diǎn)的溫度。儀器性能指標(biāo)： 熱分辨率0.1,空間分辨率5um，測溫范圍30550,最靈敏溫度范圍80180。第54頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1354可靠性測試與失效分析 顯微紅外熱像分析技術(shù)第55頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1355可靠性測試與失效分析 液晶熱點(diǎn)檢測技術(shù)5.3 液晶熱點(diǎn)檢測技術(shù) 液晶是一種既具有液體的流動性，又具有晶體各向異性的物質(zhì)。具有一個獨(dú)特性質(zhì)，當(dāng)溫度高于某一臨界溫度Tc時，就會變成各向同性。靈敏區(qū)溫度各向同性各向異性臨界溫度第56頁，共68頁，2022

34、年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1356可靠性測試與失效分析 液晶熱點(diǎn)檢測技術(shù) 該技術(shù)存在的缺點(diǎn)是電流檢測靈敏度不高，需要mA級電流第57頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1357可靠性測試與失效分析 光輻射顯微分析5.4 光輻射顯微分析(PEM)原理： 半導(dǎo)體許多缺陷類型在特定電應(yīng)力下會產(chǎn)生漏電，并伴隨電子躍遷而導(dǎo)致光輻射。操作方法： 首先，在外部光源下對制品進(jìn)行數(shù)碼照相。然后對此局部加偏壓 (直流偏壓或信號)，并在不透光的暗箱中進(jìn)行微光照相。最后兩相片疊加。適用范圍： 漏電結(jié)、接觸尖峰、氧化缺陷、柵針孔、靜電放電（ESD）損傷、閂鎖效

35、應(yīng)（Latch up）、熱載流子、飽和晶體管及開關(guān)管等第58頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1358可靠性測試與失效分析 光輻射顯微分析缺點(diǎn)： 有些光輻射是正常的器件，如飽和晶體管，正偏二極管等。 有些很明顯的失效并不產(chǎn)生光輻射，如歐姆型短路等。 還有些缺陷雖產(chǎn)生輻射，但由于在器件的深層或被上層物質(zhì)遮擋，無法探測優(yōu)點(diǎn)： 操作簡單、方便，可以探測到半導(dǎo)體器件中的多種缺陷和機(jī)理引起的退化和失效，尤其在失效定位方面具有準(zhǔn)確、直觀和重復(fù)再現(xiàn)性。 無需制樣，非破壞性，不需真空環(huán)境，可以方便的施加各種靜態(tài)和動聽過的電應(yīng)力。 精度：幾十PA/um2，定位精度為1微米。

36、 另外還有光譜分析功能，通過對輻射點(diǎn)的特征光譜分析來確定輻射的性質(zhì)和類型。第59頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1359可靠性測試與失效分析 光輻射顯微分析第60頁，共68頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期二2022/9/1360可靠性測試與失效分析 電子元器件化學(xué)成份分析技術(shù)6.電子元器件化學(xué)成份分析技術(shù) 器件失效主要原因是污染（顆粒污染和表面污染），確認(rèn)污染源是實(shí)施改進(jìn)措施的先決條件。 另外，界面之間原子互擴(kuò)散也會引起特性退化和失效，也許要化學(xué)分析確認(rèn)。分析項(xiàng)目特性（Item)X射線能譜分析（EDAX）俄歇電子能譜（Auger）二次離子質(zhì)譜（SIMS）傅立葉紅外光譜（FTIR）分析深度15um表面2nm表面110mm靈敏度0.10%0.10%PPMPPTPPM分析信息元素元素元