EOS验证与失效分析

1、EOS驗證與失效分析賴國印失效分析與終端品質管理全球製造摘要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執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，其造成電子元件失效之原理如同過電流流過保險絲產生熱能保險絲燒斷為相

2、同的道理。在大多數的失效案例中電子元件內部電路與地（GND）或不同電位點之間形成短路，產生過電流而造成元件損壞為大多數電子元件失效的主要因素。此外有人會對 EOS與ESD產生混淆，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。如果能量較小，可能只導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，如果能量較大，可導致電子元件被擊穿或形成過電流對元件形成永久性損壞甚至燒毀，就是EOS。如下圖，為利用光學顯微鏡（圖A，B）及SEM（圖B，C）看到EOS的不良現象(圖片來源：VOLTERRA Silicon Power Solutions-ESD/

3、EOS Differences)二. 為何要做EOS驗證根據電子元件業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對製造業產生品質成本的影響相當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EOS的問題，本單位發展岀一套系統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:Component NG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，如果經由Curve Tra

4、cer查該元件之特性不符合原先的元件之規格，則可初步判斷可能為EOS。2刖訂：匕個I理陳7.3唾池忙、悶整Colkvl npplvCiialiuii jit h*i3.I;圖2曲線追蹤儀a.可依照元件規格製作 ATE測試治具（圖3）及測試程式（測試內容包含 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）可依照元件規格製作Flyi ng Pro

5、be測試夾邊治具，另取一片好的元件當樣品製作Flying Probe測試程式，（測試內容包含 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特性參數藉以進行判斷是否為EOS。圖4 ATE治具3.考慮前各廠之設備並無Curve Tracer or Special ATE /Flyi ng 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特性參數藉以進行判斷是否為EOS 接線示意圖如下所示X模式利用訊號產生器輸出正

6、弦波，此時依據電子元件之規格找到需要量測之保護二極體後，依續將示波器的Ch1當做X軸（二極體的偏壓），Ch2當作丫軸（二極體的電流），按照是意圖之訊號線接 好後即可開始調整訊號產生器的DC offset，則可將二極體曲線呈現在示波器上。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形成開路或短路，該元件之特性已不符合原先的元件之規格，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的電壓或產生瞬間電壓，容易破壞元件內部之電性特性，所以使用時需在電錶與元件之間加上50 100

7、 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檔來量測各內部電路對地 （GND） or對電源（VCC）之間的阻抗 是否正常（依據元件規格找岀 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。原因為當逆向電壓增加到一定程度時，P-N二極體會變成導體，如再增加逆向電壓

8、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格所列之保護二極體做為參考VccB Gnd四案例研討案例無法開機（No Power）於中山廠測試VOIP時發現無法開機（No Power）的情形，經失效分析工程師針對無法開機的現 象去量測 Super I/O 訊號，其中發現 Pin72輸岀電壓錯誤 （NG為0.76V （Power on source） OK 輸岀電壓為 3V ），和pin67 輸岀電壓為 0V（Vcc

9、h），但正確為 5V）。經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，經過了一個月左右廠商的回覆報告是”EOS ”所造成元件損壞。（如圖6所示）圖6廠商分析結果為 EOS此問題持續的發生（二至三個月），經GFA協同Site FAE到生產區分析產線測試情況，其中發現功能測試站使用的測試治具為”Function BOX ” .然而Function Box內部有一片 Power Board卻未做絕緣的防護（容易形成短路），同時發現Power Board 旁有可移動的錫渣。（如圖7所示）錫渣圖7 Power Board未絕緣防護與錫渣Power Board未絕緣保護Power Bo

10、ard 有絕緣因此研判是錫渣短路到 Power board而形成開啟電源時產生瞬間異常電壓將電子元件（Super I/O）的電路擊穿導致元件內部短路，（如下圖所示）經模擬驗證（將錫球短路Power Board，即可複製相同的不良現象 ）。由此案例可見，失效分析工程師並沒有及時分析EOS導致元件失效，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，經過此經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。五結論EOS可視為電子元件失效之頭號殺手 ，因此本文所介紹之 EOS驗證流程是本公司失效分析工程 師必須嚴格遵守的工作紀律。