Általánosságban elmondható, hogy a félvezető eszközök fejlesztése, gyártása és használata során nehéz elkerülni a kisebb hibákat. A termékminőségi követelmények folyamatos javulásával a hibaelemzés egyre fontosabbá válik. Az egyes meghibásodott chipek elemzésével az áramkörtervezők segíthetnek az eszköztervezés hibáinak, a folyamatparaméterek eltérésének, a perifériás áramkörök ésszerűtlen tervezésének vagy a probléma okozta helytelen működésnek a megtalálásában. A félvezető eszközök hibaelemzésének szükségessége főként a következő szempontokban nyilvánul meg:
(1) A hibaelemzés szükséges eszköz az eszközchip hibamechanizmusának meghatározásához;
(2) A hibaelemzés biztosítja a hatékony hibadiagnózishoz szükséges alapot és információkat;
(3) A hibaelemzés szükséges visszajelzési információkat nyújt a tervezőmérnököknek a chipterv folyamatos fejlesztéséhez vagy javításához, és a tervezési specifikációval összhangban lévő ésszerűbbé tételéhez;
(4) A hibaelemzés kiegészítő információkat nyújthat a gyártási tesztekhez, és optimalizálhatja az ellenőrző tesztfolyamatot.
Félvezető diódák, audionok vagy integrált áramkörök hibaelemzéséhez először az elektromos paramétereket kell ellenőrizni, majd az optikai mikroszkóp alatti külső vizsgálat után el kell távolítani a csomagolást. A chip funkciójának épségének megőrzése mellett a belső és külső vezetékeket, a csatlakozási pontokat és a chip felületét a lehető legjobban meg kell őrizni, hogy felkészülhessenek az elemzés következő lépésére.
Pásztázó elektronmikroszkópia és energiaspektrum használata az alábbi elemzésekhez: mikroszkópos morfológia megfigyelése, hibapontok keresése, hibapontok megfigyelése és elhelyezkedése, az eszköz mikroszkópos geometriájának méretének és érdes felületi potenciáleloszlásának pontos mérése, valamint a digitális kapuáramkör logikai megítélése (feszültségkontraszt képalkotási módszerrel); Energiaspektrométer vagy spektrométer használata az alábbi elemzésekhez: mikroszkópos elemösszetétel-elemzés, anyagszerkezet- vagy szennyezőanyag-elemzés.
01. Félvezető eszközök felületi hibái és égési sérülései
A félvezető eszközök felületi hibái és kiégése egyaránt gyakori meghibásodási módok, amint az az 1. ábrán is látható, amely az integrált áramkör tisztított rétegének hibája.
A 2. ábra az integrált áramkör fémezett rétegének felületi hibáját mutatja.
A 3. ábra az integrált áramkör két fémcsíkja közötti letörési csatornát mutatja.
A 4. ábra a fémszalag összeomlását és ferde deformációját mutatja a mikrohullámú készülék léghídján.
Az 5. ábra a mikrohullámú cső rácskiégését mutatja.
A 6. ábra az integrált elektromos fémezett vezeték mechanikai sérülését mutatja.
A 7. ábra a mesa dióda chip nyílását és hibáját mutatja.
A 8. ábra az integrált áramkör bemenetén lévő védődióda lebontását mutatja.
A 9. ábra azt mutatja, hogy az integrált áramköri chip felülete mechanikai behatás következtében megsérül.
A 10. ábra az integrált áramköri chip részleges kiégését mutatja.
A 11. ábra azt mutatja, hogy a dióda chip eltört és súlyosan megégett, a lebontási pontok pedig olvadási állapotba kerültek.
A 12. ábra a gallium-nitrid mikrohullámú teljesítménycső chipjének elégetését mutatja, és az égési pont olvadt porlasztási állapotot mutat.
02. Elektrosztatikus lebomlás
A félvezető eszközök a gyártástól, csomagolástól és szállítástól kezdve egészen az áramköri lapra való behelyezésig, hegesztésig, gépi összeszerelésig és egyéb folyamatokig ki vannak téve a statikus elektromosság veszélyének. Ebben a folyamatban a szállítás során a gyakori mozgás és a külvilág által generált statikus elektromosságnak való könnyű kitettség miatt sérülnek. Ezért különös figyelmet kell fordítani az elektrosztatikus védelemre az átvitel és a szállítás során a veszteségek csökkentése érdekében.
Az egypólusú MOS csővel és MOS integrált áramkörrel rendelkező félvezető eszközök különösen érzékenyek a statikus elektromosságra, különösen a MOS cső, mivel saját bemeneti ellenállása nagyon magas, és a kapu-forrás elektróda kapacitása nagyon kicsi, így nagyon könnyen ki van téve a külső elektromágneses mező vagy elektrosztatikus indukció hatásának és feltöltődik, és az elektrosztatikus keltés miatt nehéz időben kisütni a töltést. Ezért könnyen felhalmozódik a statikus elektromosság, ami az eszköz azonnali meghibásodásához vezethet. Az elektrosztatikus meghibásodás főként elektromos átütés, azaz a rács vékony oxidrétege lebomlik, tűlyukat képezve, ami rövidzárlatot képez a rács és a forrás, vagy a rács és a nyelő között.
És a MOS csöves MOS integrált áramkör antisztatikus lebontási képessége viszonylag valamivel jobb, mivel a MOS integrált áramkör bemeneti terminálja védődiódával van felszerelve. Nagy elektrosztatikus feszültség vagy túlfeszültség esetén a védődiódák többsége a földre kapcsolható, de ha a feszültség túl magas, vagy a pillanatnyi erősítési áram túl nagy, néha a védődiódák maguk is lekapcsolódnak, ahogy a 8. ábra is mutatja.
A 13. ábrán látható számos kép az MOS integrált áramkör elektrosztatikus lebomlási topográfiáját mutatja. Az átütési pont kicsi és mély, olvadt porlasztási állapotot mutatva.
A 14. ábra egy számítógépes merevlemez mágneses fejének elektrosztatikus lebomlásának megjelenését mutatja.
Közzététel ideje: 2023. július 8.
