Ogólnie rzecz biorąc, trudno jest uniknąć niewielkiej liczby błędów podczas opracowywania, produkcji i stosowania urządzeń półprzewodnikowych. Wraz z ciągłym doskonaleniem wymagań jakościowych produktów, analiza awarii staje się coraz ważniejsza. Analizując konkretne chipy awarii, może pomóc projektantom obwodów znaleźć defekty w konstrukcji urządzenia, niedopasowanie parametrów procesu, nieuzasadniony projekt obwodu peryferyjnego lub nieprawidłowe działanie spowodowane problemem. Konieczność analizy uszkodzeń urządzeń półprzewodnikowych objawia się głównie w następujących aspektach:
(1) Analiza awarii jest niezbędnym środkiem do określenia mechanizmu awarii chipa urządzenia;
(2) Analiza awarii zapewnia niezbędną podstawę i informacje do skutecznej diagnozy usterek;
(3) Analiza awarii dostarcza inżynierom-projektantom niezbędnych informacji zwrotnych, dzięki którym mogą stale ulepszać lub naprawiać projekt chipa i czynić go bardziej rozsądnym, zgodnie ze specyfikacją projektu;
(4) Analiza awarii może stanowić niezbędne uzupełnienie testu produkcyjnego i zapewnić niezbędną podstawę informacyjną do optymalizacji procesu testu weryfikacyjnego.
W celu analizy uszkodzeń diod półprzewodnikowych, audionów czy układów scalonych należy najpierw sprawdzić parametry elektryczne, a po sprawdzeniu wyglądu pod mikroskopem optycznym zdjąć opakowanie. Zachowując integralność funkcji chipa, należy w miarę możliwości zachować wewnętrzne i zewnętrzne przewody, punkty łączenia oraz powierzchnię chipa, aby przygotować się do kolejnego etapu analizy.
Wykorzystanie skaningowej mikroskopii elektronowej i widma energii do przeprowadzenia tej analizy: w tym obserwacji morfologii mikroskopowej, wyszukiwania punktów awarii, obserwacji i lokalizacji punktów defektów, dokładnego pomiaru rozmiaru geometrii mikroskopowej urządzenia i rozkładu potencjału na szorstkiej powierzchni oraz oceny logicznej bramki cyfrowej obwód (metoda obrazu z kontrastem napięciowym); Użyj spektrometru energii lub spektrometru, aby wykonać tę analizę: mikroskopową analizę składu pierwiastków, strukturę materiału lub analizę zanieczyszczeń.
01. Wady powierzchniowe i oparzenia elementów półprzewodnikowych
Wady powierzchniowe i przepalenia elementów półprzewodnikowych są częstymi rodzajami awarii, jak pokazano na rysunku 1, czyli defektem oczyszczonej warstwy układu scalonego.
Na rysunku 2 przedstawiono defekt powierzchniowy warstwy metalizowanej układu scalonego.
Rysunek 3 przedstawia kanał przebicia pomiędzy dwoma metalowymi paskami układu scalonego.
Figura 4 przedstawia zapadnięcie się i odkształcenie metalowego paska na mostku powietrznym w urządzeniu mikrofalowym.
Rysunek 5 przedstawia wypalenie siatki lampy mikrofalowej.
Rysunek 6 przedstawia mechaniczne uszkodzenie zintegrowanego metalizowanego drutu elektrycznego.
Rysunek 7 przedstawia otwarcie i defekt chipa diody mesa.
Rysunek 8 przedstawia awarię diody zabezpieczającej na wejściu układu scalonego.
Rysunek 9 pokazuje, że powierzchnia układu scalonego ulega uszkodzeniu w wyniku uderzenia mechanicznego.
Rysunek 10 przedstawia częściowe przepalenie układu scalonego.
Rysunek 11 pokazuje, że chip diody został uszkodzony i poważnie spalony, a punkty przebicia zmieniły się w stan stopienia.
Rysunek 12 przedstawia spalony chip lampy mikrofalowej z azotku galu, a punkt spalenia przedstawia stan rozpylania stopionego.
02. Przebicie elektrostatyczne
Urządzenia półprzewodnikowe od etapu produkcji, pakowania, transportu aż do umieszczenia na płytce drukowanej w celu włożenia, spawania, montażu maszyn i innych procesów są zagrożone elektrycznością statyczną. W tym procesie transport ulega uszkodzeniu z powodu częstego przemieszczania się i łatwego narażenia na elektryczność statyczną generowaną przez świat zewnętrzny. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na ochronę elektrostatyczną podczas przesyłu i transportu, aby ograniczyć straty.
W urządzeniach półprzewodnikowych z jednobiegunową lampą MOS i układem scalonym MOS jest on szczególnie wrażliwy na elektryczność statyczną, zwłaszcza w lampie MOS, ze względu na bardzo dużą rezystancję wejściową, a pojemność elektrody bramka-źródło jest bardzo mała, więc bardzo łatwo jest pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego lub indukcji elektrostatycznej i jest naładowany, a ze względu na wytwarzanie ładunku elektrostatycznego trudno jest rozładować ładunek w odpowiednim czasie. Dlatego łatwo jest spowodować nagromadzenie elektryczności statycznej i natychmiastową awarię urządzenia. Formą przebicia elektrostatycznego jest głównie przebicie elektryczne, to znaczy cienka warstwa tlenku siatki ulega rozbiciu, tworząc dziurę, która zwiera szczelinę między siatką a źródłem lub między siatką a drenem.
Natomiast w porównaniu z lampą MOS zdolność antystatycznego układu scalonego MOS do przebicia jest stosunkowo nieco lepsza, ponieważ zacisk wejściowy układu scalonego MOS wyposażony jest w diodę ochronną. Gdy pojawi się duże napięcie elektrostatyczne lub napięcie udarowe, większość diod ochronnych można podłączyć do masy, ale jeśli napięcie jest zbyt wysokie lub chwilowy prąd wzmocnienia jest zbyt duży, czasami diody ochronne same się załączą, jak pokazano na rysunku 8.
Kilka zdjęć pokazanych na rysunku 13 przedstawia topografię rozkładu elektrostatycznego układu scalonego MOS. Punkt załamania jest mały i głęboki i przedstawia stan stopionego rozpylania.
Rysunek 14 przedstawia wygląd przebicia elektrostatycznego głowicy magnetycznej dysku twardego komputera.
Czas publikacji: 8 lipca 2023 r
