Vo všeobecnosti je ťažké vyhnúť sa malým chybám vo vývoji, výrobe a používaní polovodičových zariadení. S neustálym zlepšovaním požiadaviek na kvalitu výrobkov sa analýza porúch stáva čoraz dôležitejšou. Analýzou špecifických poruchových čipov môže pomôcť návrhárom obvodov nájsť chyby v návrhu zariadenia, nesúlad procesných parametrov, nerozumný návrh periférneho obvodu alebo nesprávnu činnosť spôsobenú problémom. Nevyhnutnosť analýzy porúch polovodičových súčiastok sa prejavuje najmä v týchto aspektoch:
(1) Analýza porúch je nevyhnutným prostriedkom na určenie mechanizmu zlyhania čipu zariadenia;
(2) Analýza porúch poskytuje potrebný základ a informácie pre účinnú diagnostiku porúch;
(3) Analýza porúch poskytuje konštruktérom potrebné informácie spätnej väzby, aby mohli neustále zlepšovať alebo opravovať dizajn čipu a robiť ho rozumnejším v súlade so špecifikáciou návrhu;
(4) Analýza porúch môže poskytnúť potrebný doplnok pre výrobnú skúšku a poskytnúť potrebnú informačnú základňu pre optimalizáciu procesu overovacej skúšky.
Pri analýze porúch polovodičových diód, audiónov alebo integrovaných obvodov je potrebné najskôr otestovať elektrické parametre a po kontrole vzhľadu pod optickým mikroskopom odstrániť obal. Pri zachovaní integrity funkcie čipu by mali byť vnútorné a vonkajšie vodiče, spojovacie body a povrch čipu čo najďalej, aby bolo možné pripraviť sa na ďalší krok analýzy.
Pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie a energetického spektra na vykonanie tejto analýzy: vrátane pozorovania mikroskopickej morfológie, hľadania miesta zlyhania, pozorovania a umiestnenia chybného bodu, presného merania veľkosti mikroskopickej geometrie zariadenia a hrubého rozloženia povrchového potenciálu a logického posúdenia digitálnej brány obvod (s metódou zobrazenia kontrastu napätia); Na vykonanie tejto analýzy použite energetický spektrometer alebo spektrometer: analýza zloženia mikroskopických prvkov, analýza štruktúry materiálu alebo analýza znečisťujúcich látok.
01. Povrchové chyby a prepálenia polovodičových súčiastok
Povrchové defekty a vyhorenie polovodičových zariadení sú bežné spôsoby zlyhania, ako je znázornené na obrázku 1, čo je defekt vyčistenej vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázok 2 znázorňuje povrchovú chybu metalizovanej vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázok 3 zobrazuje prierazný kanál medzi dvoma kovovými pásikmi integrovaného obvodu.
Obrázok 4 ukazuje zrútenie kovového pásu a deformáciu zošikmenia na vzduchovom mostíku v mikrovlnnom zariadení.
Obrázok 5 znázorňuje vyhorenie mriežky mikrovlnnej trubice.
Obrázok 6 ukazuje mechanické poškodenie integrovaného elektrického metalizovaného drôtu.
Obrázok 7 ukazuje otvorenie a defekt čipu mesa diódy.
Obrázok 8 znázorňuje prieraz ochrannej diódy na vstupe integrovaného obvodu.
Obrázok 9 ukazuje, že povrch čipu integrovaného obvodu je poškodený mechanickým nárazom.
Obrázok 10 znázorňuje čiastočné vyhorenie čipu integrovaného obvodu.
Obrázok 11 ukazuje, že diódový čip bol rozbitý a vážne spálený a body rozpadu prešli do stavu tavenia.
Obrázok 12 znázorňuje spálený čip mikrovlnnej elektrónky z nitridu gália a bod prepálenia predstavuje roztavený stav rozprašovania.
02. Elektrostatický prieraz
Polovodičové zariadenia od výroby, balenia, prepravy až po nasadzovanie, zváranie, montáž strojov a ďalšie procesy sú pod hrozbou statickej elektriny. V tomto procese dochádza k poškodeniu prepravy v dôsledku častého pohybu a ľahkého vystavenia statickej elektrine generovanej vonkajším svetom. Preto je potrebné venovať osobitnú pozornosť elektrostatickej ochrane počas prenosu a prepravy, aby sa znížili straty.
V polovodičových zariadeniach s unipolárnou MOS trubicou a integrovaným obvodom MOS je obzvlášť citlivá na statickú elektrinu, najmä MOS trubica, pretože jej vlastný vstupný odpor je veľmi vysoký a kapacita hradlového zdroja elektródy je veľmi malá, takže je veľmi ľahké byť ovplyvnené vonkajším elektromagnetickým poľom alebo elektrostatickou indukciou a nabité a kvôli elektrostatickej tvorbe je ťažké vybiť náboj včas, preto je ľahké spôsobiť nahromadenie statickej elektriny k okamžitému rozpadu zariadenia. Formou elektrostatického prierazu je hlavne elektrický dômyselný prieraz, to znamená, že sa rozbije tenká oxidová vrstva mriežky a vytvorí sa dierka, ktorá skráti medzeru medzi mriežkou a zdrojom alebo medzi mriežkou a odtokom.
A v porovnaní s MOS trubicou je antistatická schopnosť MOS integrovaného obvodu relatívne o niečo lepšia, pretože vstupná svorka MOS integrovaného obvodu je vybavená ochrannou diódou. Akonáhle dôjde k veľkému elektrostatickému napätiu alebo nárazovému napätiu do väčšiny ochranných diód, je možné prepnúť na zem, ale ak je napätie príliš vysoké alebo okamžitý zosilňovací prúd príliš veľký, niekedy sa ochranné diódy samy vypnú, ako je znázornené na obrázku 8.
Niekoľko obrázkov zobrazených na obrázku 13 je topografia elektrostatického rozpadu integrovaného obvodu MOS. Miesto rozpadu je malé a hlboké, predstavuje roztavený rozprašovací stav.
Obrázok 14 znázorňuje vzhľad elektrostatického rozpadu magnetickej hlavy pevného disku počítača.
Čas odoslania: júl-08-2023
