破坏性物理分析课件

破坏性物理分析(DPA)技术在元器件的生产加工过程中用于生产过程的监控,特别是关键工艺质量分析与监控,对提升元器件的可靠性水平具有其它试验和检验手段无法替代的作用。从元器件生产过程的控制角度,详细讨论了DPA分析技术的试验项目、试验方法,并结合实例阐述了DPA分析技术的应用程序,达到了提高元器件生产过程控制能力与提升产品可靠性的目的。8、破坏性物理分析(DPA)

随着整机电子系统的复杂程度与可靠性要求的提高,对元器件的可靠性要求也越来越高,要求元器件的可靠性水平达(10-8～10-9)/h,而统计表明,电子系统的故障由于电子元器件质量原因引起的占60%,电子元器件的质量问题主要包括:镀层起皮、锈蚀,玻璃绝缘子裂纹,键合点缺陷,键合点脱键,键合尾丝太长,键合丝受损,铝受侵蚀,芯片粘结空洞,芯片缺陷,芯片沾污,钝化层缺陷,芯片金属化缺陷,存在多余物,激光调阻缺陷,包封层裂纹,引线虚焊,引线受损,焊点焊料不足和粘润不良,陶瓷裂纹,导电胶电连接断路等等,这些均能引起元器件失效,而这些失效来自于元器件设计、制造的缺陷,在一定外因的作用下会引起系统的质量问题。

这些质量问题已经严重影响了整机系统的可靠性水平,如何进一步提高元器件的可靠性水平,如何进一步提高元器件的可靠性水平，仅仅依靠传统的筛选和试验验证的手段已经不能满足整机系统的需求,也无法解决和保证生产出高可靠的元器件,下面将探讨的通过DPA分析技术在电子元器件生产过程中的应用可以有效地指导设计,改进工艺,提高元器件的可靠性水平。8.1.1DPA分析技术的基本试验项目

电子元器件DPA试验项目通常包括以下内容:照相、外部目检、射线检查、超声波检测、颗粒碰撞噪声检测、密封检验、引出端强度、轴向引线抗拉试验、内部水汽含量检测、物理检查、接触件检查、开封、内部目检、内部检查、结构检测、键合强度试验、扫描电镜检查、芯片剪切强度、芯片粘接强度、显微洁净检查。共20个试验内容,包括在13个试验项目内。根据所采用的生产工艺与封装形式对不同元器件种类应采取不同的项目和程序。如颗粒碰撞噪声检测、密封检验和内部水汽含量检测仅针对气密性封装的元器件,键合强度试验仅针对有内引线键合的元器件,超声波检测和芯片剪切强度仅针对内部芯片采用烧结与粘结工艺的元器件,引出端强度仅针对有外引线的元器件等。2DPA分析技术在光元件

生产过程中的作用

DPA分析技术在微电子器件生产过程中的试验分析方法和程序检测的主要内容和作用如表1所示。DPA分析技术主要应用于:(1)可在元器件的生产过程中进行运用;(2)通过DPA分析可以发现潜在的材料、工艺等方面的缺陷,而这些缺陷往往一般的筛选试验、考核试验是无法发现的;(3)用于器件失效的原因分析,从而发现材料、加工工艺中存在的缺陷;(4)用于控制与产品设计、结构、装配等工艺相关的失效模式。2

DPA分析技术的应用

2.1DPA分析技术的应用程序

产品的质量是设计、制造出来的。通过DPA分析技术的运用,在实际操作中可以通过PDCA循环进行,从而达到不断改进、提高元器件生产过程控制能力,提升产品质量的目的。

具体程序如下:(1)通过DPA分析技术,寻求设计和加工工艺中存在的缺陷;(2)进行机理分析,确定与之相关的工艺参数与设计参数,这样就将DPA分析出的缺陷表征为对有关的工艺与设计控制要求;(3)通过分析与研究,进行工艺条件的优化,并进行验证试验;(4)工序能力分析,尽管采取了优化的工艺与设计,实际的工艺操作中工艺参数仍然会出现一定的分布,这时应采集足够的工艺参数,进行工序能力分析,以确定实际满足规范要求的能力;(5)为了保证能够持续、稳定的生产出高可靠的元器件,通过DPA分析技术的运用,在以上工作的基础上,进一步采用统计过程控制技术(SPC),保证生产线处于统计受控状态。第一步,进行产品开发初始阶段的质量状态分析,发现引线键合工艺存在引线拉力不够高的现象,而且在大电流工作状态下有开路现象;第二步,分析原因,发现该型号产品的键合工艺设计引用了传统小功率产品Au-Al键合工艺,从机理上进行分析认为,Au-Al键合系统在大电流下工作或者高温的条件下会产生多种金属间化合物[3],如:Au-Al、Au4-Al、Au5-Al2、Au2-Al(白斑)、Au-Al2(紫斑)等,它们不但热膨胀系数不同,键合点表现出较大的内应力,而且电导率低,导致接触电阻变大,因而会产生大电流工作状态下的开路现象;

第三步,DPA分析验证,对未出现故障的产品进行开帽分析,图1是产品的键合点扫描电镜图,发现在键合接触面出现了衍生物质,分析成分是Au-Al化合物,验证了机理分析的结论,图2是Au-Al键合化合物产生示意图,进一步进行引线拉力试验,发现引线拉力仅为0.9g,已经严重偏离了正常的水平,而且引线直接从键合点脱落,因而可以得到结论:Au-Al键合的工艺设计不能满足新型大功率LED的实际使用要求,已经严重影响了器件的可靠性,需要更改工艺设计;微波器件声学扫描图片，空洞面积超过50%。DPA典型分析图例

单个空隙贯穿芯片的整个长度或宽度，并超过整个预定接触面积的10%。IC声学扫描图片,空洞面积超过50%9.失效分析实例

9.1漏电流过大

某厂生产的CMOS4011电路，在l000小时例行试验中发现IDD漏电流过大。初步认为IDD大的原因为栅氧化层中存在过多可动电荷所致，后经多方分析，确认为是F++玷污所致。

9.2管内水汽某型号整机，在例行试验的常温测试中出现异常情况(电参数不稳定)，最后确定是所使用的高精度运算放大器XFC--78失效。器件拆下后测试，结果是Uos超标且发生漂移。分析过程如下：①气密性检查。②电参数测试。③清洗电路外管脚根部。④电参数随温度变化的实验。⑤验证试验。⑥模拟对比试验。分析结果说明水汽是引起电路XFC一78参数漂移失效的原因。9.3钝化层过薄

某厂生产的三端稳压器CW7805，塑封后测试发现功能失效比例很高，乃进行失效分析。从对比试验可以看出，CW7805原始芯片表面钝化层质量不好，太薄且表面有裂纹。芯片塑封时条件比较苛刻，由于材料间的热膨胀系数不匹配，在芯片表面产生很强的应力，而钝化层质量又不好，导致钝化层开裂，并引起铝条的弯曲平移。局部区域有可能出现断裂，引起电路功能失效。9.4氧