Vo všeobecnosti je ťažké vyhnúť sa malému množstvu porúch pri vývoji, výrobe a používaní polovodičových súčiastok. S neustálym zlepšovaním požiadaviek na kvalitu výrobkov sa analýza porúch stáva čoraz dôležitejšou. Analýzou špecifických porúch čipov môže pomôcť návrhárom obvodov nájsť chyby v návrhu zariadenia, nezhodu procesných parametrov, neprimeraný návrh periférnych obvodov alebo nesprávnu prevádzku spôsobenú problémom. Potreba analýzy porúch polovodičových súčiastok sa prejavuje najmä v nasledujúcich aspektoch:
(1) Analýza porúch je nevyhnutným prostriedkom na určenie mechanizmu poruchy čipu zariadenia;
(2) Analýza porúch poskytuje potrebný základ a informácie pre efektívnu diagnostiku porúch;
(3) Analýza porúch poskytuje konštruktérom potrebné spätné väzby, aby mohli neustále zlepšovať alebo opravovať návrh čipu a robiť ho primeranejším v súlade so špecifikáciou návrhu;
(4) Analýza porúch môže poskytnúť potrebný doplnok pre výrobné skúšky a poskytnúť potrebný informačný základ pre optimalizáciu procesu overovacích skúšok.
Pri analýze porúch polovodičových diód, audionov alebo integrovaných obvodov by sa mali najskôr otestovať elektrické parametre a po kontrole vzhľadu pod optickým mikroskopom by sa mal odstrániť obal. Pri zachovaní integrity funkcie čipu by sa mali vnútorné a vonkajšie vodiče, spojovacie body a povrch čipu čo najviac uchovávať, aby sa pripravil na ďalší krok analýzy.
Použitie skenovacej elektrónovej mikroskopie a energetického spektra na vykonanie tejto analýzy: vrátane pozorovania mikroskopickej morfológie, vyhľadávania bodov poruchy, pozorovania a lokalizácie bodov defektu, presného merania mikroskopickej geometrickej veľkosti zariadenia a rozloženia potenciálu drsného povrchu a logického posúdenia obvodu digitálnej hradla (s metódou napäťového kontrastného obrazu); Použitie energetického spektrometra alebo spektrometra na vykonanie tejto analýzy zahŕňa: mikroskopickú analýzu zloženia prvkov, štruktúru materiálu alebo analýzu znečisťujúcich látok.
01. Povrchové defekty a spáleniny polovodičových súčiastok
Povrchové defekty a vyhorenie polovodičových súčiastok sú bežné poruchové režimy, ako je znázornené na obrázku 1, čo je defekt vyčistenej vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázok 2 znázorňuje povrchovú chybu metalizovanej vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázok 3 znázorňuje prierazný kanál medzi dvoma kovovými pásikmi integrovaného obvodu.
Obrázok 4 znázorňuje zrútenie kovového pásu a šikmú deformáciu na vzduchovom mostíku v mikrovlnnom zariadení.
Obrázok 5 znázorňuje vyhorenie mriežky mikrovlnnej trubice.
Obrázok 6 znázorňuje mechanické poškodenie integrovaného elektrického metalizovaného drôtu.
Obrázok 7 znázorňuje otvorenie a poruchu 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 poškodený a silne spálený a body prierazu sa zmenili na stav topenia.
Obrázok 12 zobrazuje spálený čip mikrovlnnej výkonovej trubice z nitridu gália a bod spálenia predstavuje roztavený naprašovací stav.
02. Elektrostatický prieraz
Polovodičové súčiastky sú od výroby, balenia, prepravy až po osadenie na doske plošných spojov, zváranie, montáž strojov a ďalšie procesy vystavené riziku statickej elektriny. Počas tohto procesu sa preprava poškodzuje v dôsledku častého pohybu a ľahkého vystavenia statickej elektrine generovanej vonkajším svetom. Preto by sa mala počas prenosu a prepravy venovať osobitná pozornosť elektrostatickej ochrane, aby sa znížili straty.
V polovodičových zariadeniach s unipolárnymi MOS trubicami a integrovanými obvodmi MOS sú MOS trubice obzvlášť citlivé na statickú elektrinu, najmä kvôli ich vlastnému vstupnému odporu, ktorý je veľmi vysoký, a kapacite elektródy hradlo-zdroj je veľmi malá, takže sú veľmi ľahko ovplyvnené vonkajším elektromagnetickým poľom alebo elektrostatickou indukciou a nabijú sa. V dôsledku generovania elektrostatickej elektriny je ťažké včas vybiť náboj. Preto je ľahké akumulovať statické elektriny a spôsobiť okamžité poruchy zariadenia. Forma elektrostatického prierazu je prevažne elektrický prieraz, to znamená, že tenká oxidová vrstva mriežky sa rozpadne a vytvorí sa dierka, ktorá skratuje medzeru medzi mriežkou a zdrojom alebo medzi mriežkou a odtokom.
A v porovnaní s MOS trubicou je antistatická prierazná schopnosť integrovaného obvodu MOS relatívne o niečo lepšia, pretože vstupný terminál integrovaného obvodu MOS je vybavený ochrannou diódou. Pri výskyte veľkého elektrostatického napätia alebo prepätia sa väčšina ochranných diód môže prepnúť na zem, ale ak je napätie príliš vysoké alebo okamžitý zosilňovací prúd je príliš veľký, niekedy sa ochranné diódy samy prerušia, ako je znázornené na obrázku 8.
Niekoľko obrázkov zobrazených na obrázku 13 znázorňuje topografiu elektrostatického prierazu integrovaného obvodu MOS. Bod prierazu je malý a hlboký, čo predstavuje stav roztaveného naprašovania.
Obrázok 14 znázorňuje vzhľad elektrostatického prierazu magnetickej hlavy pevného disku počítača.
Čas uverejnenia: 8. júla 2023
