Generelt sett er det vanskelig å unngå små feil i utvikling, produksjon og bruk av halvlederkomponenter. Med den kontinuerlige forbedringen av produktkvalitetskravene blir feilanalyse stadig viktigere. Ved å analysere spesifikke feilbrikker kan det hjelpe kretsdesignere med å finne feil i enhetsdesignet, avvik i prosessparametere, urimelig design av periferikretser eller feildrift forårsaket av problemet. Nødvendigheten av feilanalyse av halvlederkomponenter manifesterer seg hovedsakelig i følgende aspekter:
(1) Feilanalyse er et nødvendig middel for å bestemme feilmekanismen til enhetsbrikken;
(2) Feilanalyse gir nødvendig grunnlag og informasjon for effektiv feildiagnose;
(3) Feilanalyse gir nødvendig tilbakemeldingsinformasjon for designingeniører for kontinuerlig å forbedre eller reparere brikkedesignet og gjøre det mer fornuftig i samsvar med designspesifikasjonen;
(4) Feilanalyse kan gi nødvendig tillegg til produksjonstest og gi nødvendig informasjonsgrunnlag for optimalisering av verifiseringstestprosessen.
For feilanalyse av halvlederdioder, lydenheter eller integrerte kretser bør elektriske parametere testes først, og etter utseendeinspeksjon under et optisk mikroskop bør emballasjen fjernes. Samtidig som brikkens funksjonalitet bevares, bør interne og eksterne ledninger, bindingspunkter og overflaten på brikken bevares så langt det er mulig, for å forberede seg til neste analysetrinn.
Bruk av skanningselektronmikroskopi og energispektrum for å utføre denne analysen: inkludert observasjon av mikroskopisk morfologi, søk etter feilpunkter, observasjon og plassering av feilpunkter, nøyaktig måling av enhetens mikroskopiske geometri, størrelse og potensialfordeling av ru overflate, samt logisk vurdering av digitale portkretser (med spenningskontrastbildemetode). Bruk av energispektrometer eller spektrometer for å utføre denne analysen: analyse av mikroskopisk elementsammensetning, materialstruktur eller forurensningsanalyse.
01. Overflatedefekter og brannskader på halvlederkomponenter
Overflatedefekter og utbrenthet i halvlederkomponenter er begge vanlige feiltilstander, som vist i figur 1, som er defekten i det rensede laget av en integrert krets.
Figur 2 viser overflatedefekten til det metalliserte laget i den integrerte kretsen.
Figur 3 viser gjennombruddskanalen mellom de to metallstripene i den integrerte kretsen.
Figur 4 viser metallstripens kollaps og skjevdeformasjon på luftbroen i mikrobølgeenheten.
Figur 5 viser gitterutbrentheten til mikrobølgerøret.
Figur 6 viser den mekaniske skaden på den integrerte elektriske metalliserte ledningen.
Figur 7 viser åpningen og defekten på mesadiodebrikken.
Figur 8 viser nedbrytningen av beskyttelsesdioden ved inngangen til den integrerte kretsen.
Figur 9 viser at overflaten på den integrerte kretsbrikken er skadet av mekanisk påvirkning.
Figur 10 viser delvis utbrenthet av den integrerte kretsbrikken.
Figur 11 viser at diodebrikken var ødelagt og alvorlig brent, og gjennombruddspunktene gikk over i smeltetilstand.
Figur 12 viser brikken fra galliumnitrid-mikrobølgeeffektrøret brent, og det brente punktet representerer en smeltet forstøvningstilstand.
02. Elektrostatisk gjennombrudd
Halvlederkomponenter fra produksjon, emballasje, transport til de er på kretskortet for innsetting, sveising, maskinmontering og andre prosesser er truet av statisk elektrisitet. I denne prosessen blir transporten skadet på grunn av hyppig bevegelse og enkel eksponering for statisk elektrisitet generert av omverdenen. Derfor bør det vies spesiell oppmerksomhet til elektrostatisk beskyttelse under overføring og transport for å redusere tap.
I halvlederenheter med unipolare MOS-rør og integrerte MOS-kretser er spesielt følsomme for statisk elektrisitet, spesielt MOS-rør, fordi inngangsmotstanden er svært høy, og gate-source-elektrodekapasitansen er svært liten, så det er veldig lett å bli påvirket av eksterne elektromagnetiske felt eller elektrostatisk induksjon og ladet. På grunn av den elektrostatiske genereringen er det vanskelig å utlade ladningen i tide. Derfor er det lett å forårsake akkumulering av statisk elektrisitet som fører til øyeblikkelig sammenbrudd i enheten. Formen for elektrostatisk sammenbrudd er hovedsakelig elektrisk genialt sammenbrudd, det vil si at det tynne oksidlaget i gitteret brytes ned og danner et hull som kortslutter gapet mellom gitteret og kilden eller mellom gitteret og dreneringen.
Og i forhold til MOS-rør er den antistatiske gjennomslagsevnen til MOS-integrerte kretser noe bedre, fordi inngangsterminalen til MOS-kretsen er utstyrt med en beskyttelsesdiode. Når det er en stor elektrostatisk spenning eller overspenning, kan de fleste beskyttelsesdiodene kobles til jord, men hvis spenningen er for høy eller den umiddelbare forsterkningsstrømmen er for stor, vil noen ganger beskyttelsesdiodene slå seg av, som vist i figur 8.
De mange bildene som vises i figur 13 viser den elektrostatiske gjennombruddstopografien til en integrert MOS-krets. Gjennombruddspunktet er lite og dypt, og representerer en smeltet sputteringstilstand.
Figur 14 viser hvordan elektrostatisk gjennombrudd skjer i magnethodet på en datamaskins harddisk.
Publisert: 08.07.2023
