电子元器件电应力失效研究

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1、电子元器件电应力失效研究　　【摘要】为了对电应力失效现象进行深层次的认识和理解,本文对电应力失效的现象特征、失效机理、检测方法和分析结论进行了总结,总结出了电应力的失效分析结论共有三类5种情况。通过详细的分析对比,可以分析出电子器件电应力失效的根本原因及形成过程。【关键词】静电损伤过电应力电迁移失效机理失效分析随着现代社会科技化程度的不断提高,电子器件的使用范围不断扩大,电子器件在我们的生活和工作中随处可见。由于电子器件应用范围的广泛,电子器件的失效现象也是多种多样,随处可见。电应力失效作为电子器件失效的重要方面,电气器件电应力失效的分析与

2、研究,对电子器件的生产、使用和研发等具有深远的意义。1电应力的失效现象特征(1)电应力失效是指由于使用了超出或违背了器件规范规定的电压和电流的电应力,造成封装器件的失效。电应力失效的主要表现形式有:ESD静电损伤、EOS过电损伤、电迁移。7(2)静电(ESD)损伤的主要特征有:晶格熔化或金属与硅共熔,使P-N结受损短路;氧化层汽化产生空洞使器件短路、开路;金属联线挥发造成器件之间短路、开路。过电应力(EOS)失效的主要特征:在失效分析的实践中,过电应力损伤还经常指有明显可见熔蚀痕迹的损伤,特别是封装材料有碳化现象:一般表现为键合丝熔断,造成

3、开路;芯片表面金属布线熔融蒸发,造成开路、短路或漏电;硅材料熔融蒸发键合丝的熔断可以发生在任何管脚上。(3)电迁移主要失效特征:银离子爬升呈树枝状晶或絮状晶,造成晶圆短路或漏电;当元器件工作时,金属互联线的铝条内有一定强度的电流通过,在电流的作用下,金属离子沿导体移动,产生质量的传输,导致到体内某些部位产生空洞或晶须(小丘),造成开路或漏电。2失效机理特征2.1ESD(1)ESD产生的模式:1)人体模式:静电放电的人体模式(HumanBodyModel),简称HBM。主要是人体静电放电对敏感电子器件产生的作用,导致封装器件的失效;2)机器模

4、式:机器模式(MachineModel),简称MM。主要是导体带静电后对器件产生的作用,导致封装器件的失效。比如在自动装配线上的元器件遭受到带电金属物件对器件产生的静电放电,或者是带电的工具、测试夹具等对元器件的作用;3)带电器件模式:带电器件模式(ChargedDeviceModel),简称CDM。主要用于描述带电器件发生的静电放电现象。7(2)调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与ESD失效机理的特征进行比对,ESD失效机理的特征包括但不限于以下情况:(a)ESD应能符合ESD失效机理的综合特征

5、;(b)检材的电性检测可能发现失效(包括短路、开路、漏电);(c)检材的功能检测发现失效;(d)检材的声扫检测可能出现分层;(e)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂;(f)开封检测发现晶圆表面有电击穿现象:格熔化或金属与硅共熔、氧化层汽化产生空洞。2.2EOS调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与EOS失效机理的特征进行比对,EOS失效机理的特征包括但不限于以下情况:(1)EOS应能符合EOS失效机理的综合特征;(2)检材外观检测可能有过电焦黄现象;(3)检材的电性检测发现失效(包括短路、开路、漏

6、电);(4)检材的功能检测发现失效;(5)检材的声扫检测可能出现分层;(6)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂、焊料空洞、晶圆裂纹;(7)开封检测发现晶圆表面有过电熔痕现象:栅极开路、晶圆裂纹;芯片内部有烧结现象;晶圆表面有碳化现象;引线有熔断等现象。2.3电迁移7(1)电迁移通常是指在电场的作用下导电离子运动造成元件或电路失效的现象。分别为发生在相邻导体表面的如常见的银离子迁移和发生在金属导体内部的金属化电子迁移。(2)调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与电迁移失效机理的特征进行比对,电迁移失

7、效机理的特征包括但不限于以下情况:1)电迁移应能符合电迁移失效机理的综合特征,检材曾在高温高湿等环境下使用后再出现失效;2)检材是在使用一段时间(数月)以后才逐步出现较高的失效率;3)待检样品的失效现象在干燥环境下可能会出现暂时消失的情况,在湿热情况下可能又会重新出现;4)检材的电性检测发现失效(包括短路、开路、漏电);5)检材的功能检测发现失效;6)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂;7)开封检测发现晶圆表面有腐蚀痕迹:晶圆表面或引线有空洞;晶圆表面有树枝状晶,晶圆表面有腐蚀痕迹。3分析步骤3.1检验原则(1)应综合了解检材背景、使用环

8、境温湿度、使用时间长短、是否有过应力等,与失效现象特征作比较;(2)电学验证失效现象;(3)先做非破坏性试验,再做破坏性试验;(4)先做失效隔离定位,再做物理验证,并与良品比对;