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一、案例背景

 

      使用半年多的燈具陸續(xù)出現(xiàn)不亮現(xiàn)象，經(jīng)判斷是二極管失效導(dǎo)致燈具不亮?，F(xiàn)進(jìn)行測(cè)試分析，查找失效原因。

 

二、分析過程

 

1.外觀檢查

 

      對(duì)不良燈具上的二極管以及單體二極管不良樣品進(jìn)行外觀檢查。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)外觀上的明顯缺陷，比對(duì)絲印信息，失效二極管絲印型號(hào)與良品燈具線路板上的二極管不同，與單體良品二極管相同。后續(xù)只將失效二極管與單體良品二極管進(jìn)行對(duì)比分析。

 

2.電學(xué)性能測(cè)試

 

      使用萬用表對(duì)樣品二極管的管壓降進(jìn)行測(cè)量，NG#1和OK#1二極管在板測(cè)量，NG#2來樣為單體，直接測(cè)量。結(jié)果顯示NG二極管壓降為0V，即短路。OK#1二極管壓降與OK#2 壓降有差異，為型號(hào)上的原因。

 

3.X-ray檢查

 

      通過X-ray對(duì)解焊后的NG二極管進(jìn)行透視檢查。二極管是無鍵合結(jié)構(gòu)，正負(fù)極都是粘結(jié)到引線框架上的。發(fā)現(xiàn)NG二極管晶圓側(cè)邊有明顯的陰影，疑似為金屬附著；OK二極管晶圓側(cè)邊也有陰影。

 

 

圖1.NG二極管解焊后X-ray檢查

 

 

圖2.OK二極管單體X-ray檢查

 

4.IV曲線測(cè)試

 

      再次通過IV測(cè)試確認(rèn)NG二極管為短路。

 

 

圖3.樣品二極管IV曲線（紅色：NG樣品；藍(lán)色：OK樣品）

 

5.開封晶圓分析

 

      取NG和OK單體二極管進(jìn)行開封取出晶圓觀察?？梢钥吹絅G二極管有源區(qū)并沒有燒毀，因此可以排除過電應(yīng)力（EOS）。NG二極管晶圓邊緣有附著物殘留，觀察晶圓側(cè)邊有疑似附著物痕跡。OK二極管晶圓表面沒有發(fā)現(xiàn)附著物殘留，觀察晶圓側(cè)邊也有疑似附著物痕跡。因?yàn)槎O管晶圓正負(fù)極都是通過粘結(jié)料連接到引線框架上的，在NG二極管晶圓邊緣的附著物殘留中檢測(cè)到Ag，因此推測(cè)附著物與晶圓粘結(jié)料有關(guān)。

 

 

圖4.NG二極管開封后晶圓形貌

 

 

圖5.OK二極管開封后晶圓形貌

 

 

圖6.NG二極管晶圓開封后SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

 

6.切片分析

 

      取X-ray檢查發(fā)現(xiàn)有明顯陰影的NG和OK二極管進(jìn)行縱向切片觀察。發(fā)現(xiàn)NG 晶圓側(cè)邊光學(xué)顯微鏡暗場(chǎng)下側(cè)邊有亮線，即存在界面分層，明場(chǎng)下有金屬連接路徑，晶圓粘結(jié)底部塑封界面有大空洞。OK晶圓側(cè)邊有金屬顆粒，但未形成正極到負(fù)極的連通路徑。

 

      電子顯微鏡（SEM）下觀察NG二極管晶圓側(cè)邊連接路徑上分布有金屬顆粒，側(cè)邊晶圓界面可見分層，經(jīng)過EDS成分分析，金屬顆粒成分為Pb/Sn/Ag，與粘結(jié)料成分相同。OK二極管晶圓側(cè)邊金屬顆粒成分Pb/Sn，與粘結(jié)料主成分一致。

 

      綜合可知，NG二極管因?yàn)榫A側(cè)邊粘結(jié)料形成了連通，構(gòu)成了短路。

 

 

圖7.NG 二極管縱向切片光學(xué)顯微形貌

 

 

圖8.OK二極管縱切光學(xué)顯微形貌

 

   

 

圖9.NG二極管縱切SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

 

   

 

圖10.OK二極管縱切SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

 

7.驗(yàn)證試驗(yàn)

 

      取NG二極管，從正極向下平面研磨，待露出晶圓輪廓后，進(jìn)行熱點(diǎn)定位，定位結(jié)果顯示熱點(diǎn)在晶圓一側(cè)邊緣。將晶圓熱點(diǎn)位置表面研磨掉，然后用萬用表測(cè)量二極管的管壓降，此時(shí)顯示二極管已經(jīng)不再短路，壓降與正常樣品接近。此驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明NG二極管短路的原因是在晶圓表面和側(cè)面從正極到負(fù)極形成了金屬連通的路徑。

 

 

圖11.NG二極管熱點(diǎn)定位

 

三、總結(jié)分析

 

      外觀檢查不良燈具上的二極管和單體不良二極管未發(fā)現(xiàn)外觀上的明顯缺陷。失效二極管絲印型號(hào)與良品燈具線路板上的二極管不同，與單體良品二極管相同。后續(xù)只將失效二極管與單體良品二極管進(jìn)行對(duì)比分析。

 

      電學(xué)測(cè)量證實(shí)失效二極管都是短路。X-ray檢查發(fā)現(xiàn)二極管是無鍵合結(jié)構(gòu)，正負(fù)極都是粘結(jié)到引線框架上的。NG二極管晶圓側(cè)邊有明顯的陰影，疑似為金屬附著， OK二極管晶圓側(cè)邊也有陰影。

 

      開封取出NG二極管晶圓觀察發(fā)現(xiàn)有源區(qū)并沒有燒毀，因此可以排除EOS。但二極管晶圓邊緣有附著物殘留，觀察晶圓側(cè)邊有疑似附著物痕跡。OK二極管晶圓表面沒有發(fā)現(xiàn)附著物殘留，但晶圓側(cè)邊也有疑似附著物痕跡。因?yàn)槎O管晶圓正負(fù)極都是通過粘結(jié)料連接到引線框架上的，在這顆NG二極管晶圓邊緣的附著物殘留中檢測(cè)到Ag，因此推測(cè)附著物與晶圓粘結(jié)料有關(guān)。

 

      取X-ray檢查發(fā)現(xiàn)有明顯陰影的NG和OK二極管進(jìn)行縱向切片觀察。發(fā)現(xiàn)NG晶圓側(cè)邊光學(xué)顯微鏡暗場(chǎng)下側(cè)邊有亮線，即存在界面分層，明場(chǎng)下有金屬連接路徑，晶圓粘結(jié)底部塑封界面有大空洞。OK晶圓側(cè)邊有金屬顆粒，但未形成正極到負(fù)極的連通路徑。

 

      SEM下觀察NG二極管晶圓側(cè)邊連接路徑上分布有金屬顆粒，側(cè)邊晶圓界面可見分層，經(jīng)過EDS成分分析，金屬顆粒成分為Pb/Sn/Ag，與粘結(jié)料成分相同。OK二極管晶圓側(cè)邊金屬顆粒成分Pb/Sn，與粘結(jié)料主成分一致。因此可知NG二極管因?yàn)榫A側(cè)邊粘結(jié)料形成了連通，構(gòu)成了短路。

 

      取NG二極管，從正極向下平面研磨，待露出晶圓輪廓后，進(jìn)行熱點(diǎn)定位，定位結(jié)果顯示熱點(diǎn)在晶圓一側(cè)邊緣。將晶圓熱點(diǎn)位置表面研磨掉，然后用萬用表測(cè)量二極管的管壓降，此時(shí)顯示二極管已經(jīng)不再短路，壓降與正常樣品接近。此驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明NG二極管短路的原因是在晶圓表面和側(cè)面從正極到負(fù)極形成了金屬連通的路徑。

 

四、結(jié)論與建議

 

      綜上所述，可知NG二極管短路是因?yàn)榫A表面和側(cè)面從正極到負(fù)極形成了金屬連通的路徑。二極管晶圓本體未發(fā)現(xiàn)燒毀，電性正常，排除EOS。良品未使用的二極管晶圓側(cè)邊也存在粘結(jié)料顆粒，但未形成短路的通路。

 

      隨著二極管使用過程中當(dāng)晶圓側(cè)面塑封界面發(fā)生分層，尤其是在存在空洞的情況下，粘結(jié)料中的金屬原子發(fā)生遷移（Ag/Sn/Pb都是容易發(fā)生遷移的，其中Ag原子的遷移能力最強(qiáng)），就導(dǎo)致短路通路形成。因?yàn)榫A封裝后側(cè)邊就存在散落的粘結(jié)料顆粒，遷移路徑已經(jīng)被大大縮短，二極管短路也就在短期使用過程中陸續(xù)出。

 

      建議：鑒于二極管物料存在封裝不良的缺陷，建議加強(qiáng)二極管來料檢驗(yàn)和破壞性物料分析（DPA）。