金电化学迁移引起的功放模块失效分析研究

针对某一型号功放模块在温度循环过程中出现无功率输出现象，对失效功放模块开展了分析研究。利用扫描电镜和能量色散X射线光谱仪对功放模块内部的MMIC芯片进行形貌观察和元素成分分析。结果表明功放模块内部的MMIC芯片栅极与漏极间发生了金的电化学迁移，导致馈电端短路，从而引起模块无功率输出。经故障复现试验，证实金的电化学迁移与器件内部的助焊剂残留相关，加电使用过程中，金电极在电场、水汽及助焊剂中电解质的共同作用下发生金迁移。     

热循环条件下Sn基钎料接头电迁移行为研究

通过电迁移和热疲劳循环实验,研究了热循环和高电流密度耦合作用下Sn58Bi和Sn3.0Ag0.5Cu钎料焊接接头的失效形式。实验结果表明,在通电和高低温冲击的耦合作用下,两种钎料接头的失效都发生在升温阶段。热循环导致接头内部裂纹的萌生和扩展,导致局部电流密度持续增大,加速了电迁移的发生,最终导致焊点失效。在热电耦合作用下,Sn58Bi钎料接头的使用寿命要长于Sn3.0Ag0.5Cu钎料接头的使用寿命。     

快恢复二极管铜迁移失效机理及应用可靠性研究

变频空调控制器柜机主板在生产过程出现大量IPM炸裂失效,IPM炸失效同步自举二极管失效,位置不集中,对主板进行分析,确定是IPM自举电路升压二极管异常导致IPM炸裂失效,经过对大量失效二极管及全检异常二极管分析,分析研究结果表明:二极管因为晶圆设计工艺结构缺陷、焊接工艺问题,导致晶圆焊接时产生高温铜迁移,抗机械应力水平下降,在实际应用中又因为器件引脚跨距设计不合理导致器件受机械应力影响加深失效程度,最终出现过电击穿失效,经大量的方案分析验证最终确定可行的方案,有效解决二极管铜迁移失效.从器件本身提高器件的应用可靠性.     

二极管应用失效研究

针对二极管在整流电路中应用时的失效问题,通过I-V曲线测试、 X射线透视检查、制样镜检、机械开封、电子显微镜观察与能谱分析等手段开展失效分析,确定失效是由于二极管的芯片焊接工艺缺陷导致,并提出了该缺陷的识别方法。     

二极管器件漏电失效分析及改进措施

通过外观检查、开盖检查、 I/V曲线测试、微光显微镜观测和扫描电子显微镜检查等分析手段,结合芯片结构,对漏电失效的二极管器件进行分析,定位器件的失效位置,确定器件漏电失效的机理。形成一套针对半导体分立器件的失效分析流程,并对漏电失效模式提出了相应的优化改进措施。     

单粒子辐射导致的VDMOS体二极管反向I-V曲线蠕变现象研究北大核心CSCD

单粒子辐射后,VDMOS器件体二极管反向I-V曲线发生蠕变的特殊失效现象被首次观察到。室温下,当VDMOS的栅极浮空,漏极电压加到一定值时(远低于VDMOS击穿电压),漏电流增大,体二极管I-V曲线开始漂移并最终稳定,形成电阻型曲线。通过测试VDMOS器件及其体二极管辐射后的电参数,分析漏电流的产生原因,研究体二极管反向I-V曲线发生蠕变现象的失效机制,并提出基于界面态、中性空穴陷阱,包括空穴激发、多级空穴俘获和能带隧穿机制的空穴迁移模型。基于该模型给出了单粒子辐射导致的VDMOS体二极管漏电流的表达式。此外,通过温度实验和漏极应力实验来验证空穴迁移模型。     

应力诱发的电迁移失效分析

电迁移是半导体器件常见的失效机理,可以导致金属的桥连或者产生空洞,引起短路或者开路等互连失效.总结了两种典型的电迁移失效模式:热电迁移和电化学迁移,阐述了两种电迁移的失效应力诱发条件,以及失效分析方法.通过失效分析案例研究,加深对两种失效机理的认识并提供电迁移失效分析的基本思路.     

LED水汽侵蚀失效分析

通过I-V特性曲线测试、机械开封、光学观察、扫描电镜及能谱分析、切片观察和红墨水试验等测试手段，对失效LED和正常LED进行了测试，并对测试结果进行了对比分析。结果显示失效样品I-V特性曲线异常；存在短路现象，电镜观察失效样品芯片表面出现树枝状银物质，同时观察到支架与环氧胶界面存在缝隙，由此推断出水汽入侵路径。结合失效背景，得出LED灯珠失效原因为LED支架与环氧胶的界面存在缝隙，水汽通过缝隙侵入，在电场作用下，芯片正极发生银迁移，导致样品失效。并提出了相应的改进措施，对于提高LED产品的可靠性具有一定的参考意义。     

SiC基IGBT高铅焊料芯片固晶层的热冲击失效机理

目前大功率SiC IGBT器件常用高熔点的高铅焊料作为固晶材料，为保证功率器件的长期使用，需研究温度冲击条件下高铅焊点的疲劳可靠性，并探究其失效机理。采用Pb92.5Sn5Ag2.5作为SiC芯片和基板的固晶材料，探究温度冲击对固晶结构中互连层疲劳失效的影响。结果表明，温度冲击会促进焊料与SiC芯片背面的Ti/Ni Ag镀层反应生成的块状Ag₃Sn从芯片/焊料层界面往焊料基体内部扩散，而焊料与Cu界面反应生成的扇贝状Cu₃Sn后形成的富Pb层阻止了Cu和Sn的扩散反应，Cu₃Sn没有继续生长。750次温度冲击后，焊料中的Ag与Sn发生反应生成Ag₃Sn网络导致焊点偏析，性质由韧变脆，焊点剪切强度从29.45 MPa降低到22.51 MPa。温度冲击模拟结果表明，芯片/焊料界面边角处集中的塑性应变能和不规则块状Ag₃Sn导致此处易开裂。     

SnAgCu钎料焊点电化学迁移的原位观察和研究

通过恒定电压条件下的水滴实验,对Sn-4Ag-0.5Cu钎料焊点的电化学迁移(ECM)行为进行了原位观察和研究。结果表明,树枝状的金属沉积物总是在阴极上生成,并向着阳极方向生长,在接触阳极的瞬间,发生短路失效。外加电压不超过2 V时,形成的沉积物数目往往比较少并且粗大。焊点间距的减少和外加电压的增加都会使得ECM造成的短路失效时间显著缩短。当钎料不能完全包裹焊盘或者焊盘局部位置上钎料的厚度很薄时,发生ECM的金属除了来自钎料焊点,还来自Cu焊盘;钎料中的Ag不发生迁移。     

LED典型失效机理

鉴于LED芯片尺寸较小,散热和成本的压力,LED封装难度很大,暴露出来的可靠性问题也最多。LED失效后,往往能够通过电参数测试、内部形貌分析、剖面检查、SEM检查等方法暴露失效现象、分析出失效机理,最终提出改进意见,提高器件的良品率。根据失效分析实例剖析了LED典型失效机理:LED芯片缺陷和腐蚀;LED芯片粘结用导电胶腐蚀、使用不当导致开路或短路;LED芯片金丝键合损伤;LED封装结构设计不当,导致机械应力集中损伤芯片;LED器件使用不当——过流烧毁、ESD损伤、焊接不良或焊料迁移。并分别提出了相应的改进建议。     

倒装芯片互连凸点电迁移的研究进展

电子产品向便携化、小型化、高性能方向发展,促使集成电路的集成度不断提高,体积不断缩小,采用倒装芯片互连的凸点直径和间距进一步减小和凸点中电流密度的进一步提高,由此出现电迁移失效引起的可靠性问题.本文回顾了倒装芯片互连凸点电迁移失效的研究进展,论述了电流聚集和焊料合金成分对凸点电迁移失效的影响,指出了倒装芯片互连凸点电迁移研究亟待解决的问题.     

基于ESD的芯片失效分析

提出了一种基于静电放电（ESD）的芯片可靠性测试及失效分析流程,并且以芯片静电放电测试为例详细阐述了芯片失效分析的过程与实现方法,包括电性失效分析和物理失效分析。通过专用仪器对芯片进行了静电放电测试,并利用红外微光显微镜（EMMI）及砷化镓铟微光显微镜（InGaAs）等实现芯片故障定位,从而确定芯片的失效模式与失效机理,实验证明该方法切实有效,这种失效分析的结果对优化集成电路的抗静电设计以及外部工作环境的完善都具有重要的参考意义。     

电流阻挡层结构对垂直发光二极管芯片老化特性之研究

发现ICP damage制作电流阻挡层的制程会导致垂直结构LED在老化过程中发生漏电。通过更换反射层的金属及EMMI&SEM分析,发现老化漏电的原因来源于反射金属——Ag的电迁移,迁移通道可能来源于ICP打开穿透位错的封口。在缺陷位错内填入低电迁移率金属并检测。结果表明,填入低电迁移率金属后既解决了老化漏电问题,同时不影响芯片的初始光电特性。     

现场STM针尖诱导Ag(111)表面局域刻蚀

本文报道用现场扫描隧道显微镜技术（in-situ STM)研究Ag(111）电极表面局域刻蚀。实验表明,STM针尖可以诱导有I^- 特性吸附的Ag(111)电极在其电化学稳定区发生表面局域刻蚀,刻蚀的发生与程度与针尖电位,样品电位及偏压等因素有紧密关系,刻蚀速度在偏压最小时达最大,刻蚀的发生也间接反映了电化学体系中的多重隧穿途径及其随电极电位的变化。     

电流密度对Sn3.0Ag0.5Cu焊点蠕变行为的影响

通过观察焊点的电阻变化和显微组织演变,研究了电流密度对Sn3.0Ag0.5Cu焊点蠕变行为的影响。结果表明:焊点在低电流密度条件下蠕变时,其电阻波动大、寿命长,失效机制由蠕变过程主导,损伤逐渐累积导致最终失效;焊点在高电流密度条件下蠕变时,其电阻波动小、寿命短,电迁移作用缓解了焊点的初期蠕变损伤,但是加速了焊点后期脆性断裂失效。     

TSOP封装脱模中硅片碎裂失效的有限元分析

针对TSOP封装在塑封工艺中脱模时可能发生的芯片碎裂,利用有限元法模拟封装脱模过程阐明了芯片碎裂失效的机制.研究表明,模具内表面有机物形成的局部沾污可能阻碍芯片的顺利脱模,导致硅片内产生较大的局部应力并碎裂失效.通过模拟在不同的沾污面积、形状和位置下的封装脱模,确认了最可能导致失效的条件.芯片碎裂失效可以通过使用高弹性模量的塑封料或减小硅片尺寸得以改善.     

菊花链Cu/Cu3Sn/Cu互连凸点电迁移仿真研究

多物理场耦合作用下产生的电迁移现象成为影响键合结构可靠性的关键问题。建立了菊花链键合封装结构的三维有限元模型，研究了电-热-力交互作用下键合结构的温度分布、电流密度分布及应力分布。发现在连接线与凸点相连的位置容易发生电流聚集效应，从而导致此处出现温度升高及热应力增大的现象。此外，仿真分析了2～12 mV输入电压和20～100μm凸点间距对键合结构的电迁移失效的影响。发现对于20μm间距的凸点，输入电压超过8 mV时会发生电迁移失效。对于间距超过40μm的凸点，输入电压超过4 mV时会发生电迁移失效。结果表明，20μm间距的凸点电迁移可靠性高，为凸点结构设计及电迁移的实验研究提供了参考。     

尘土颗粒的介电特性对电路板电化学迁移的影响

随着印制电路板上相邻导线之间间距不断减小,潮湿环境下的尘土颗粒改变了诱发电化学迁移失效的电场分布.本文采用有限元法对尘土污染的带电电路板上平行导线间的电场分布进行仿真分析,得出尘土介电常数和带电量对电场分布的作用机理,预测电场分布的改变对电化学迁移晶枝生长路径的影响,最后模拟实验验证晶枝生长的路径与电场分布的关系,并讨论尘土对电化学迁移失效时间的影响.     

IC封装中引起芯片裂纹的主要因素

芯片裂纹是半导体集成电路封装过程中最严重的缺陷之一。由于芯片裂纹最初发生在芯片的背面,而且有时要在高倍显微镜下才能观察到,所以这种缺陷在很多情况下不易被发现。文章主要介绍和探讨了IC封装过程中引起芯片裂纹的主要原因。划片刀速度、装片顶针位置／顶针高度和吸嘴压力、塑封框架不到位以及切筋打弯异常等都会引起芯片裂纹,从而在从IC焊接到PCB板或使用过程中出现严重的失效和可靠性质量问题。只有了解了导致芯片裂纹的各种因素,半导体集成电路封装厂商才能采取针对性的预防措施杜绝芯片裂纹这种致命的缺陷。