Nói chung, khó tránh khỏi một số thất bại nhỏ trong quá trình phát triển, sản xuất và sử dụng các thiết bị bán dẫn. Với sự cải tiến liên tục của các yêu cầu về chất lượng sản phẩm, việc phân tích lỗi ngày càng trở nên quan trọng. Bằng cách phân tích các chip bị lỗi cụ thể, Nó có thể giúp các nhà thiết kế mạch tìm ra các khiếm khuyết trong thiết kế thiết bị, sự không khớp của các tham số quy trình, thiết kế mạch ngoại vi không hợp lý hoặc hoạt động sai do sự cố gây ra. Sự cần thiết của việc phân tích lỗi của thiết bị bán dẫn chủ yếu được thể hiện ở các khía cạnh sau:
(1) Phân tích lỗi là phương tiện cần thiết để xác định cơ chế lỗi của chip thiết bị;
(2) Phân tích lỗi cung cấp cơ sở và thông tin cần thiết để chẩn đoán lỗi hiệu quả;
(3) Phân tích lỗi cung cấp thông tin phản hồi cần thiết để kỹ sư thiết kế liên tục cải tiến hoặc sửa chữa thiết kế chip và làm cho thiết kế chip trở nên hợp lý hơn theo đặc điểm kỹ thuật của thiết kế;
(4) Phân tích lỗi có thể cung cấp sự bổ sung cần thiết cho thử nghiệm sản xuất và cung cấp cơ sở thông tin cần thiết để tối ưu hóa quy trình thử nghiệm xác minh.
Để phân tích lỗi của điốt bán dẫn, âm thanh hoặc mạch tích hợp, trước tiên cần kiểm tra các thông số điện và sau khi kiểm tra bề ngoài dưới kính hiển vi quang học, nên tháo bao bì ra. Trong khi duy trì tính toàn vẹn của chức năng chip, các dây dẫn bên trong và bên ngoài, các điểm liên kết và bề mặt của chip phải được giữ càng xa càng tốt để chuẩn bị cho bước phân tích tiếp theo.
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét và phổ năng lượng để thực hiện phân tích này: bao gồm quan sát hình thái vi mô, tìm kiếm điểm lỗi, quan sát và vị trí điểm khuyết tật, đo chính xác kích thước hình học vi mô của thiết bị và phân bố điện thế bề mặt gồ ghề cũng như phán đoán logic của cổng kỹ thuật số mạch (bằng phương pháp hình ảnh tương phản điện áp); Sử dụng máy quang phổ năng lượng hoặc máy quang phổ để thực hiện phân tích này có: phân tích thành phần nguyên tố vi mô, cấu trúc vật liệu hoặc phân tích chất gây ô nhiễm.
01. Khiếm khuyết bề mặt và cháy của thiết bị bán dẫn
Khiếm khuyết bề mặt và cháy nổ của thiết bị bán dẫn đều là những dạng hư hỏng phổ biến, như trong Hình 1, đây là khiếm khuyết của lớp mạch tích hợp đã được làm sạch.
Hình 2 cho thấy khuyết tật bề mặt của lớp kim loại của mạch tích hợp.
Hình 3 cho thấy kênh phân tích giữa hai dải kim loại của mạch tích hợp.
Hình 4 cho thấy sự sụp đổ của dải kim loại và biến dạng lệch trên cầu khí trong thiết bị vi sóng.
Hình 5 cho thấy sự cháy lưới của ống vi sóng.
Hình 6 cho thấy hư hỏng cơ học đối với dây kim loại điện tích hợp.
Hình 7 cho thấy lỗ hở và khiếm khuyết của chip diode mesa.
Hình 8 cho thấy sự cố của diode bảo vệ ở đầu vào của mạch tích hợp.
Hình 9 cho thấy bề mặt của chip mạch tích hợp bị hư hỏng do tác động cơ học.
Hình 10 cho thấy sự cháy một phần của chip mạch tích hợp.
Hình 11 cho thấy chip diode bị hỏng và cháy nặng, các điểm đánh thủng chuyển sang trạng thái nóng chảy.
Hình 12 cho thấy chip ống năng lượng vi sóng gali nitrit bị cháy và điểm cháy thể hiện trạng thái phún xạ nóng chảy.
02. Sự cố tĩnh điện
Các thiết bị bán dẫn từ quá trình sản xuất, đóng gói, vận chuyển cho đến trên bảng mạch để lắp, hàn, lắp ráp máy và các quá trình khác đều có nguy cơ bị tĩnh điện. Trong quá trình này, phương tiện vận chuyển bị hư hỏng do di chuyển thường xuyên và dễ tiếp xúc với tĩnh điện do thế giới bên ngoài tạo ra. Vì vậy, cần đặc biệt chú ý đến việc bảo vệ tĩnh điện trong quá trình truyền tải và vận chuyển để giảm tổn thất.
Trong các thiết bị bán dẫn có ống MOS đơn cực và mạch tích hợp MOS đặc biệt nhạy cảm với tĩnh điện, đặc biệt là ống MOS, do điện trở đầu vào của chính nó rất cao và điện dung điện cực nguồn cổng rất nhỏ nên rất dễ bị hư hỏng. bị ảnh hưởng bởi trường điện từ bên ngoài hoặc cảm ứng tĩnh điện và tích điện, đồng thời do phát sinh tĩnh điện nên khó phóng điện kịp thời, do đó dễ gây tích tụ tĩnh điện dẫn đến hỏng thiết bị tức thời. Hình thức đánh thủng tĩnh điện chủ yếu là đánh thủng khéo léo về điện, tức là lớp oxit mỏng của lưới bị phá vỡ, tạo thành lỗ kim, làm rút ngắn khoảng cách giữa lưới và nguồn hoặc giữa lưới và cống.
Và so với ống MOS, khả năng chống sự cố chống tĩnh điện của mạch tích hợp MOS tương đối tốt hơn một chút, bởi vì đầu vào của mạch tích hợp MOS được trang bị diode bảo vệ. Khi có điện áp tĩnh điện lớn hoặc điện áp tăng vọt vào hầu hết các điốt bảo vệ có thể được chuyển xuống đất, nhưng nếu điện áp quá cao hoặc dòng khuếch đại tức thời quá lớn, đôi khi các điốt bảo vệ sẽ tự chuyển sang như trong hình. 8.
Một số hình ảnh trong hình 13 là sơ đồ đánh thủng tĩnh điện của mạch tích hợp MOS. Điểm đánh thủng nhỏ và sâu, thể hiện trạng thái phún xạ nóng chảy.
Hình 14 cho thấy sự xuất hiện của hiện tượng đánh thủng tĩnh điện ở đầu từ của đĩa cứng máy tính.
Thời gian đăng: Jul-08-2023
