六個步驟層層排查,探明這枚SN6505BDBVT上機(jī)短路的真相
日期:2022-09-01 16:01:00 瀏覽量:1661 標(biāo)簽: 集成電路 X-Ray檢查 開蓋檢查 電特性分析 外觀檢查 失效分析
集成電路上機(jī)失效,原因復(fù)雜多樣,常見原因有:制造工藝缺陷、環(huán)境因素、SMT工序、產(chǎn)品的設(shè)計缺陷、EMC電磁兼容設(shè)計、過壓過流、靜電(ESD)損壞等。
本次案例,客戶端反饋手中一批SN6505BDBVT驅(qū)動器上機(jī)貼片后出現(xiàn)輸出不良情況,不良率僅為0.1%(失效品僅1顆)。一枚成熟的產(chǎn)品發(fā)生如此失效問題,客戶先求助FAE對前端排查,結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)設(shè)計、外圍元器件以及焊接等方面存在異常。既然從電路方面查不出原因,客戶就尋求我們創(chuàng)芯檢測的幫助,希望從元器件本身入手,查明原因所在。
除了失效樣品(編號為B1#),客戶還提供了一顆良品(編號為A1#)以供對比分析。至于失效的原因是什么,您可以先猜一猜,再跟隨我們一起經(jīng)由測試,來驗(yàn)證您的想法。
測試過程
步驟1:外觀檢查
目的:對收到的樣品進(jìn)行外觀檢查,確認(rèn)器件封裝絲印是否完整,是否有重新打磨翻新等痕跡,塑封體表面是否存在明顯破損、引腳完整性等基本信息。
檢測結(jié)果:對所提供樣品進(jìn)行檢查,不論是良品(A1#)還是失效品(B1#)均未發(fā)現(xiàn)二次涂層、絲印重新打磨的痕跡。另外,良品和失效品引腳尾端均發(fā)現(xiàn)助焊劑殘留的痕跡,表明這兩顆芯片確實(shí)都是上過機(jī)的。
步驟2:電特性分析
目的:為了復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品的失效問題,對好壞樣品的寄生二極管特性部分進(jìn)行測量,確認(rèn)輸出端是否有明顯損壞。
器件引腳說明圖:
測試條件:將失效品(B1#)接入電路并連接示波器,顯示屏橫軸每個柵格表示電壓為0.5V,縱軸每個柵格表示電流為0.5mA。
結(jié)果:通過與良品電特性分析比對,確認(rèn)器件的失效品D2對GND之間二極管特性曲線圖像為短路模式,由于D2為輸出端,當(dāng)MOS器件的D2漏極輸出端對地之間短路時,輸出端大部分電流以襯底(GND)的方向泄漏,導(dǎo)致電平直接被拉低。
步驟3:X-Ray檢查
目的:確認(rèn)存在短路之后,利用X-Ray探查元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在異常,來驗(yàn)證失效是否因?yàn)榉庋b問題所引起。
測試結(jié)果:經(jīng)過比對良品與失效品內(nèi)部圖像,并未發(fā)現(xiàn)封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鍵合絲和die上存在明顯異常。為探明失效原因,下面就必須進(jìn)行破壞性測試。
步驟4:開蓋檢查
目的:開蓋檢查失效品(B1#)die上是否存在工藝缺陷與燒毀跡象。
測試結(jié)果:經(jīng)金相顯微鏡檢查,在die上未發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象。
步驟5:熱點(diǎn)分析(OBIRCH)
目的:熱點(diǎn)分析的原理,是用激光在芯片表面掃描,激光束的能量會被芯片吸收轉(zhuǎn)化為熱量。若芯片存在缺陷,則缺陷處的能量將不會被傳導(dǎo)和分散,從而導(dǎo)致缺陷處溫度升高,并使阻值變化。
在掃描同時,對芯片施加一定的電壓和電流,在缺陷處就會引起電壓和電流的變化。通過將激光掃描到溫度變化的位置,與電壓和電流發(fā)生變化的位置相疊生成圖像,就可以定位熱點(diǎn)。
熱點(diǎn)分析可有效探查芯片中金屬線的空洞、通孔下的空洞,通孔底部高電阻區(qū)等,也能有效檢測短路或漏電。在X-Ray和開蓋都沒有發(fā)現(xiàn)異常的情況下,就要看進(jìn)行熱點(diǎn)分析能不能為我們打開局面。
測試條件的評估:為了避免二次損壞,分析評估后對D2-GND之間的上電要求選定如下:測試電壓為0.10V,電流為2.45mA,分別在5.0x和20.0x的倍率下測試。
測試結(jié)果:熱點(diǎn)分析失效樣品(B1#),在5.0x和20x倍率下,觀察到die局部存在兩處熱點(diǎn)。接下來的工作,就是要在die之中,鎖定它們的具體位置。
步驟6:去層分析
目的:由于引發(fā)芯片失效的缺陷點(diǎn)往往發(fā)生位于芯片下層的結(jié)構(gòu),因此有必要對熱點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)的熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行去層分析,來鎖定樣品缺陷點(diǎn)的具體位置。
分析結(jié)果:對失效品(B1#)熱點(diǎn)分析異常區(qū)域進(jìn)行去層分析,去層Solder、TM、M2時均未發(fā)現(xiàn)明顯異常,進(jìn)一步去層到M1時發(fā)現(xiàn)明顯燒熔痕跡。探明芯片內(nèi)損傷的點(diǎn)之后,我們就可以進(jìn)一步分析,得出失效原因的最終結(jié)論。
去層分析步驟1—Die_Solder:在此層未發(fā)現(xiàn)異常
去層分析步驟2—Die_TM:在此層未發(fā)現(xiàn)異常
去層分析步驟3—Die_M2:在此層未發(fā)現(xiàn)異常
去層分析步驟4—Die_M1:在此層發(fā)現(xiàn)金屬線燒熔點(diǎn)
分析總結(jié)和改善建議
分析過程:客戶端反饋型號SN6505BDBVT驅(qū)動器上機(jī)貼片后出現(xiàn)輸出不良,不良率僅為0.1%(失效品1顆)。對客戶端提供的失效樣品進(jìn)行I-V特性曲線量測,確認(rèn)輸出端D2與GND之間表現(xiàn)為短路。
為了探究短路的最終原因,我們對此樣品進(jìn)行X-Ray和開蓋檢查,結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何異常,進(jìn)一步通過OBRICH偵測和去層分析后,在M1局部發(fā)現(xiàn)了明顯燒毀痕跡,最終根據(jù)M1燒毀形貌特征,確認(rèn)失效機(jī)理為ESD損傷。
結(jié)論:綜上分析SN6505BDBVT驅(qū)動器客戶端反饋輸出不良的原因?yàn)?/span>ESD損傷導(dǎo)致D2與GND之間損壞,從而間接或直接導(dǎo)致芯片短路失效。
建議:優(yōu)化電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計,注意防靜電措施。在特殊條件下,可以參考器件的ESD防控指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn),進(jìn)一步確保整機(jī)產(chǎn)品具備完善的抗干擾能力。一旦物料出現(xiàn)失效情況,推薦您尋求專業(yè)IC檢測機(jī)構(gòu)的幫助,排查出失效原因。
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