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震惊!这会引起芯片内部出现EOS烧毁

2024-03-12  浏览量:63

 

震惊!这会引起芯片内部出现EOS烧毁

 

引言

 

某汽车电子水泵驱动控制单元出现失效,经定位分析为失效芯片的pin17、pin20管脚对地出现短路,现分析其失效原因。

 

测试分析

 

1 外观检查

 

对失效件上的NG芯片进行外观检查,发现NG芯片表面无明显裂纹,引脚处无明显连锡等异常。

 

2 半导体特性测试

 

对NG芯片进行在板的半导体特性测试,发现NG芯片主要表现为pin17(VDDX2)、pin20(VDD)对pin19(VSS2)短路,pin30 (VDDA)对pin31(VSSA)短路。(红线为失效芯片曲线,蓝线为OK芯片曲线)

 

失效件上NG芯片管脚半导体特性

图1 失效件上NG芯片管脚半导体特性

(蓝色为正常芯片,红色为失效芯片)

 

3 界面超声扫描

 

对失效件上的NG芯片进行界面超声扫描;扫描结果显示失效件上的NG芯片表面存在分层现象。

 

 

4 无损透视检查

 

利用X-ray观察失效芯片内部结构,观察结果显示芯片内部键合无明显异常,芯片粘接银浆无明显过高等异常现象。

 

失效件上NG芯片无损透视检查形貌

图4 失效件上NG芯片无损透视检查形貌

 

5 CT扫描

 

对取下的NG芯片进行CT 3D扫描然后虚拟重构,扫描结果显示失效件上的NG芯片pin17管脚处有疑似异常,异常位置与界面超声扫描结果一致。

 

 

6 开封观察

 

为确认NG芯片内部是否有烧毁,对失效件的NG芯片及功能正常ECU上的OK芯片进行开封。

开封结果显示:

(1)失效件上的NG芯片存在烧毁,芯片烧毁的区域位于pin17~pin20,pin63管脚位置,pin17管脚定义为VDDX2,pin20管脚定义为VDD、pin63为VSSX1,烧毁位置与在板现象一致,即pin17、pin20对地短路。

(2)失效件上的NG芯片烧毁区域分散,且为VDD与VSS之间,为EOS烧毁的典型形貌。

 

图7 失效件上NG芯片表面形貌

 

7 模拟试验

 

前面分析可知芯片烧毁为EOS过电烧毁,通过对NG芯片周边电路的分析可知,NG芯片出现EOS烧毁可能的原因为:Q4三极管饱和导通,CE极间压降为零点几伏。现对功能正常单板做以下模拟试验。

 

7.1 模拟试验1:

对芯片pin62、pin63之间进行上电模拟,发现当pin62(VDDX1)、pin63(VSSX1)之间电压达到14V时,直流电源输出电流急剧增加,Q4三极管出现烧毁,测量芯片pin62与pin63之间出现了短路现象。

对模拟试验后芯片进行半导体特性测试及开封观察,半导体特性测试发现芯片模拟试验后pin17(VDDX2)、pin20(VDD)与pin19(VSS2)之间短路,与失效件的现象一致;开封观察发现模拟试验1后芯片烧毁区域与失效件上的芯片一致,形貌大致相同,说明失效件上的芯片为过电压烧毁。

 

模拟试验1后芯片半导体特性

图8 模拟试验1后芯片半导体特性

 

模拟试验1后芯片开封形貌

图9 模拟试验1后芯片开封形貌

 

对失效件上的Q4三极管进行半导体特性测试及无损透检查发现:

(1)失效件上的Q4三极管B-C管脚短路,且C-E管脚键合丝断裂,说明失效件上Q4因过流导致的失效,因此推断Q4失效的原因可能是M芯片由于过压烧毁后,导致导通的Q4引脚流过大电流,最终导致Q4失效。

(2)失效件上的Q4进行开封观察,观察结果显示:Q4三极管晶圆出现烧毁,键合丝断裂。

 

失效件上的Q4三极管半导体特性

图10 失效件上的Q4三极管半导体特性

 

 

失效件上Q4三极管开封形貌

图13 失效件上Q4三极管开封形貌

 

7.2 模拟试验2:

由模拟试验1推断Q4三极管饱和导通导致芯片pin62管脚出现过压,pin17(VDDX2)、pin20(VDD)对pin19(VSS2)短路烧毁,且芯片烧毁位置、形貌与失效件上的芯片基本一致,因此将功能正常ECU上Q4的B-C管脚短接制造Q4三极管饱和导通。

模拟结果显示:

(1)模拟后Q4的键合丝断裂,晶圆烧毁形貌与失效件上Q4基本一致,但管脚间的半导体特性与NG Q4存在差异。

(2)芯片pin17(VDDX2)、pin20(VDD)对pin19(VSS2)短路,芯片烧毁区域与NG 芯片基本一致。

 

正常ECU模拟试验2后Q4半导体特性

图14 正常ECU模拟试验2后Q4半导体特性

 

模拟试验2后芯片半导体特性

图15 模拟试验2后芯片半导体特性

 

 

模拟试验2后芯片开封形貌

图18 模拟试验2后芯片开封形貌

 

结论

 

NG芯片失效的原因为芯片内部出现了EOS烧毁,根本原因可能与ECU上Q4三极管的出现异常饱和导通有关。

 

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