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引言：

 

      三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，廣泛應(yīng)用于通信產(chǎn)品、汽車控制電路和消費(fèi)類電子產(chǎn)品。在整個BOM表中，三極管的價格相對低廉，其品控工作往往不被重視。但實(shí)例證明，很多產(chǎn)品級的故障，是三極管失效導(dǎo)致的。

 

      三極管失效分析的目的是借助各種測試分析技術(shù)和分析程序確認(rèn)三極管的失效現(xiàn)象，分辨其失效模式和失效機(jī)理，確認(rèn)最終的失效原因，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝的建議，防止失效的重復(fù)出現(xiàn)，提高器件可靠性。

 

一、案例背景

 

      某型號三極管在用戶端出現(xiàn)失效，表現(xiàn)為Q9輸出端電壓過低，電壓不足，電路無法啟動。

 

      現(xiàn)委托方提供1pc拆解下的失效三極管，2pcs測試正常三極管進(jìn)行分析，查找失效原因。

 

二、分析過程

 

1. 外觀檢查

 

      對委托方提供的失效三極管、正常三極管進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)其表面是否存在明顯異常。

 

      檢查結(jié)果顯示：失效三極管表面有比較明顯的助焊劑殘余，但未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印信息接近。

 

 

圖1.失效三極管外觀檢查形貌

 

   

 

圖2.正常三極管外觀檢查形貌

 

2. X-ray檢查

 

      為確認(rèn)失效三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在明顯缺陷，對失效三極管、正常三極管進(jìn)行X-ray檢查。

 

      結(jié)果顯示：失效三極管內(nèi)部鍵合區(qū)域有疑似異常，與正常三極管比較，整個三極管框架存在較大差異。

 

 

圖3.失效三極管X-ray檢查形貌

 

   

 

圖4.正常三極管X-ray檢查形貌

 

3. 失效現(xiàn)象確認(rèn)

 

      為確認(rèn)失效三極管的失效現(xiàn)象，對比測試失效三極管、正常三極管引腳間的半導(dǎo)體特性。

 

      測試結(jié)果顯示：失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性都表現(xiàn)為阻性，無明顯的三極管特性，與正常三極管引腳間的半導(dǎo)體特性存在較大差異，這是失效三極管在應(yīng)用中表面失效的原因。（紅線為失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性，藍(lán)線為正常三極管引腳間半導(dǎo)體特性。）

 

 

圖5.引腳示意圖

 

   

 

圖6.失效三極管、正常三極管引腳間半導(dǎo)體特性

 

4.開封觀察

 

      為確認(rèn)失效三極管內(nèi)部是否存在明顯的異常，對失效三極管、正常三極管進(jìn)行開封觀察。

 

      開封結(jié)果顯示：失效三極管的E極有明顯的燒毀現(xiàn)象，SEM形貌觀察發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有大量裂紋，正常三極管晶圓表面未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

 

 

圖7.失效三極管開封后形貌

 

 

圖8.正常三極管開封后形貌

 

5.切片分析

 

      為確認(rèn)失效三極管燒毀的可能原因，對其進(jìn)行切片分析。

 

      切片結(jié)果顯示：

 

      （1）第一次切片發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有明顯裂紋，但底部晶圓區(qū)填充了粘接的銀漿，推測該區(qū)域的晶圓有缺陷現(xiàn)象；

 

      （2）繼續(xù)切片后發(fā)現(xiàn)，燒毀區(qū)域消失，但晶圓中間部位及底部區(qū)域仍有裂紋，推測是裂紋引起的晶圓燒毀；從底部的形貌上觀察，晶圓有大量缺失，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說明在粘接晶圓時，晶圓本身就存在缺失及裂紋，因此晶圓本身存在質(zhì)量缺陷。

 

 

圖9.切片方向示意圖

 

   

 

圖10.失效三極管第一次切片形貌

 

  

 

圖11.失效三極管繼續(xù)切片后形貌

 

三、綜合分析

 

      本案件為三極管在使用一段時間后出現(xiàn)失效，通過外觀檢查、X-ray檢查、失效現(xiàn)象確認(rèn)、開封觀察、切片分析等測試后發(fā)現(xiàn)：

 

      （1）失效三極管外觀除存在少量助焊劑殘余外未發(fā)現(xiàn)裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印比較接近；X-ray檢查發(fā)現(xiàn)失效三極管鍵合區(qū)域有疑似異常，經(jīng)后續(xù)分析確認(rèn)該位置為燒毀；

 

      （2）通過引腳間的半導(dǎo)體特性測試，確認(rèn)失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性都為阻性，無三極管特性，這是三極管在電路中不能作用的原因；通過開封觀察，發(fā)現(xiàn)失效三極管晶圓存在明顯的燒毀及裂紋，燒毀主要集中在E極區(qū)域；

 

      （3）為確認(rèn)三極管E極燒毀的可能原因，對失效三極管進(jìn)行切片分析，觀察燒毀區(qū)域的形貌；通過觀察發(fā)現(xiàn)：

 

      ①第一次切片發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有明顯的裂紋及燒毀，且晶圓底部有明顯的銀漿填充，說明銀漿填充部位的晶圓有缺失現(xiàn)象；

 

      ②繼續(xù)研磨后燒毀現(xiàn)象消失，但燒毀的其他區(qū)域裂紋依舊存在，說明是裂紋導(dǎo)致的燒毀；而在晶圓底部有明顯缺失及裂紋，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說明晶圓缺失及裂紋是在粘接晶圓時就存在的。

 

      綜上所述：三極管失效的原因是晶圓本身存在裂紋和缺失，使用一段時間后裂紋擴(kuò)展到晶圓功能區(qū)導(dǎo)致三極管漏電，持續(xù)加電導(dǎo)致其燒毀。

 

四、結(jié)論與建議

 

1． 結(jié)論

 

      三極管失效的原因?yàn)閮?nèi)部存在裂紋及燒毀，根本原因?yàn)槿龢O管本身存在質(zhì)量缺陷，在使用一段時間后燒毀失效。

 

2． 建議

 

      加強(qiáng)來料品質(zhì)管控，以預(yù)防失效為目的，對該型號三極管開展破壞性物理分析（DPA）。避免將有潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用后，造成更大損失。