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    2d影像測量儀,上海臺碩檢測儀器,186-1668-7110,
    文章出處:臺碩儀器      人氣:294      作者:admin       發表時間:2018-10-08 00:44:07
    2d影像測量儀,上海臺碩檢測儀器,186-1668-7110,電子元器件溫度形變導致的失效機理

    電子元器件在各種電子產品中有廣泛的應用。電子產品都有一定的使用壽命,這與電子元器件的壽命密切相關。電子元器件在使用的過程可能出現故障,即失去了原有的功能,從而使電子產品失效。電子產品的應用十分的廣泛,是生產生活所不能缺少的重要部分,因此,研究電子元器件的失效原因,分析其失效機理,具有重要的意義。

     

    1 失效現象特征

    溫度形變:塑封器件采用整體模塑封裝結構,包括金屬框架、芯片、芯片與基板的粘接材料、內引線以及塑?;衔?。塑料、框架和硅芯片間的熱膨脹系數不同,在受到持續的溫度變化時,會導致封裝體和芯片間發生溫度形變,并能最終導致疲勞或不同材料的截面產生裂縫。

    溫度形變失效的主要表現形式有:熱膨脹系數不匹配造成的失效、對芯片的機械應力造成的失效、封裝異物造成的失效等。

    (1)熱膨脹系數不匹配造成失效的主要特征有:介面合金共和物(IMC)空洞造成的漏電或功能性失效;芯片剝離造成的開路;金屬離子遷移形成的晶圓表面的孔洞造成的開路、短路及漏電;封裝開裂;引線折斷造成的開路。

    (2)對芯片的機械應力造成失效的特征有:粘結應力;接觸不良;鍵合脫離;金屬鍵合點損傷;芯片剝離;金屬絲下垂、引線接碰;引線折斷;封裝開裂;晶圓裂紋等造成的漏電、開路及短路。

    (3)封裝異物造成失效的主要特征有:晶圓劃痕;晶圓裂紋等造成的漏電、開路及短路。

    2 失效機理特征

    外界溫度沖擊或低溫環境造成的塑封材料對芯片的應力是主要的失效機理。

    2.1 熱膨脹系數不匹配

    調查待檢樣品的失效背景,包括使用環境、使用時間、材料選擇、發生失效時的情況等,與熱膨脹系數不匹配失效機理的特征進行比對,熱膨脹系數不匹配失效機理的特征包括但不限于以下情況:a)元器件受到的外界環境溫差變化大;b)樣品失效應具有熱膨脹系數不匹配的失效機理的綜合特征;c)檢材電性檢測發現失效(開路、短路、漏電),或功能檢測有失效;d)檢材的外觀檢測可能發現封裝分裂;e)檢材的聲掃檢測可能出現分層;f)檢材的X-RAY檢測可能出現引線斷裂;g)開封檢查可能發現:介面合金共和物(IMC)空洞;芯片剝離;金屬離子遷移形成的晶圓表面的孔洞;引線折斷。

    2.2 對芯片的機械應力

    調查待檢樣品的失效背景,包括使用環境、使用時間、材料選擇、發生失效時的情況等,與對芯片的機械應力失效機理的特征進行比對,對芯片的機械應力失效機理的特征包括但不限于以下情況:a)元器件受到的外界環境溫差變化大;b)樣品失效應具有對芯片的機械應力的失效機理的綜合特征;c)檢材電性檢測發現失效(開路、短路、漏電),或功能檢測有失效;d)檢材的外觀檢測可能發現封裝分裂,封裝材料和芯片在溫度變化時有滑移現象;e)檢材的聲掃檢測可能出現分層;f)檢材的X-RAY檢測可能出現引線斷裂、金屬絲下垂、引線接碰;g)開封檢測可能發現:晶圓表面有劃痕;粘結應力;接觸不良;鍵合脫離;金屬鍵合點損傷;芯片剝離;金屬絲下垂、引線接碰;引線折斷;晶圓裂紋。

    2.3 封裝異物造成的失效

    塑封料中加了石英砂填料等物質,以其尖銳的角尖接觸芯片,在溫度變化時塑封料的壓力傳遞到芯片上,刺破鈍化層和金屬層造成開路或短路,也會造成IC中的元器件參數變化。

    調查待檢樣品的失效背景,包括使用環境、使用時間、材料選擇、發生失效時的情況等,與封裝異物造成失效機理的特征進行比對,封裝異物造成的失效機理的特征包括但不限于以下情況:a)元器件受到的外界環境溫差變化大;b)樣品失效應具有對芯片的機械應力的失效機理的綜合特征;c)檢材電性檢測發現失效(開路、短路、漏電),或功能檢測有失效;d)檢材的外觀檢測可能發現封裝分裂,封裝材料和芯片在溫度變化時有滑移現象;e)檢材的聲掃檢測可能出現分層;f)檢材的X-RAY檢測可能出現引線斷裂、金屬絲下垂、引線接碰。

    開封檢測可能發現:晶圓表面有劃痕;晶圓裂紋;封裝材料中有較為尖銳的物質。

    3 分析步驟

    3.1 檢驗原則

    (1)應綜合了解檢材背景、使用環境溫濕度、使用時間長短、是否有過應力等,與失效現象特征作比較;(2)電學驗證失效現象;(3)先做非破壞性試驗,再做破壞性試驗;(4)先做失效隔離定位,再做物理驗證,并與良品比對;(5)模擬驗證確認失效現象,此項適當時采用。

    3.2 失效點電學定位

    綜合運用電性測量分析檢驗方法對檢材進行失效點定位。

    電性能分析方法包括:元器件的功能、參數、引線間特性和結特性的測試。

    電學定位失效點:用伏安特性曲線儀、探針臺等電性能測量儀器對樣品的失效部位進行分段隔離定位,找出導致樣品電性能異常的物理失效點。

    根據電路原理圖分析分別列出可能導致失效的多個失效點,對目標失效電路進行伏安特性測量,發現目標失效電路的電流電壓曲線(I-V Curve)呈現過X軸的直線或電阻值無窮大則可能為開路(高阻)失效所致,若發現目標失效電路的電流電壓曲線(I-U Curve)呈現過原點的跨第一第三象限的直線、電阻值為零或大大低于原有阻值則可能為短路或漏電失效所致。由此種方法找到失效位置點。

    對良品與不良品失效位置進行伏安特性測量,若發現良品同一位置伏安特性為正常的設定值,可以確認出現的原因為失效點間電路異常(斷路、短路、漏電)所致。

    (1)根據檢材的特性及失效現象,分段隔離失效部位,綜合查證檢材的電學失效點。(2)如有標準樣本的,通過檢材與標準樣本的電學特性的比較檢驗,綜合評斷檢材與標準樣本電學特性的異同。(3)有些失效現象與環境條件有關,因此要根據分析對象的實際情況可選擇溫度循環、振動或沖擊、濕熱等試驗,再現和觀察失效現象。(4)失效點應先用無損的方式進行定位,運用前述的電性測量分析檢驗方法對檢材進行失效點定位。

    3.3 失效點電學驗證

    選用適當的檢驗方法,對失效點進行電學驗證??蓽y量失效點部位檢材與標準樣品的電流電壓曲線情況,進行對比分析。

    3.4 失效點物理驗證

    (1)據3.3檢測的電性失效點,運用無損檢測手法,對失效點進行無損檢測,具體檢驗方法包括光學顯微鏡分析、透射射線分析和超聲波掃描分析等。

    (2)用濕法開封,使芯片顯露出來,用金相顯微鏡或掃描電鏡觀察晶圓,引線,重點觀察失效點位置。

    3.5 特征物證綜合分析

    應根據同一性原理對所發現的物證特征進行對比分析、綜合驗證。

    (1)檢材的物證特征與第1.1節的失效現象特征和第2.1節的失效機理特征應有較多的符合度,且以下物證必須具有,則判斷失效現象與熱膨脹系數不匹配失效原因具有確定性因果關系;a)檢材失效具有明顯的溫度沖擊現象;b)若進行標準樣品的溫濕度環境驗證實驗,試驗后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現象。

    (2)檢材的物證特征與第1.2節的失效現象特征和第2.2節的失效機理特征應有較多的符合度,且以下物證必須具有,則判斷失效現象與對芯片的機械應力失效原因具有確定性因果關系;a)檢材失效芯片具有明顯的機械應力現象;b)若進行標準樣品的溫濕度環境驗證實驗,試驗后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現象。

    (3)檢材的物證特征與第1.3節的失效現象特征和第2.3節的失效機理特征應有較多的符合度,且以下物證必須具有,則判斷失效現象與腐蝕失效原因具有確定性因果關系。a)檢材失效封裝材料具有尖銳物;b)若進行標準樣品的環境驗證實驗,試驗后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現象。

    4 鑒定結論

    根據檢材的綜合物證特征,電子封裝產品失效與溫度形變具有相關性的鑒定結論有三類5種情況,失效現象與失效機理特征具有因果關系,與失效機理特征不具有因果關系,無法判斷是否具有因果關系。

    4.1 具有因果關系

    (1)檢材的物證特征與第1.1節的失效現象特征和第2.1節的失效機理特征應有較多的符合度,則鑒定結論為電子封裝產品的溫度形變造成失效與材料的熱膨脹系數不匹配的失效機理特征具有因果關系。

    (2)檢材的物證特征與第1.2節的失效現象特征和第2.2節的失效機理特征應有較多的符合度,則鑒定結論為電子封裝產品的溫度形變造成失效與溫度對芯片的機械應力的失效機理特征具有因果關系。

    (3)檢材的物證特征與第1.3節的失效現象特征和第2.3節的失效機理特征應有較多的符合度,則鑒定結論為電子封裝產品的溫度形變造成失效與封裝材料異物的失效機理特征具有因果關系。

    4.2 不具有因果關系

    若具備1節中所述失效現象物證特征,而與2.1,2.2,2.3節中的任意一項物證特征存在不符合的情況,則鑒定結論為電子封裝產品失效與電應力失效機理特征沒有因果關系。

    4.3 無法判斷是否具有因果關系

    若模擬試驗未能重現1節中所述失效現象物證特征,則鑒定結論為無法判斷電子封裝產品失效與電應力失效機理特征是否具有因果關系。
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