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超详细!轻松看懂半导体二极管的NG原因

2024-05-06  浏览量:108

 

超详细!轻松看懂半导体二极管的NG原因

 

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件,是世界上第一种半导体器件。广泛应用于电视机、收录机等家用电器以及各种电子仪器设备中。

 

引言

 

某二极管整机调试过程中失效,现分析二极管的失效原因。

 

测试分析

 

1 外观分析

 

为确认NG二极管外观是否存在异常,对NG二极管进行外观检查,发现NG二极管表面存在大量三防漆残留,封装壳体结构完整,未发现明显烧毁、裂纹等异常。

 

2 失效现象确认

对二极管进行半导体特性测试。检测结果显示:NG1、NG2二极管正向提前开启,反向表现为异常开启,为漏电特性,如图:

 

 

3 无损透视检查

 

对NG二极管及OK二极管进行无损透视对比分析,发现NG二极管与OK二极管内部结构完全相同,未见明显封装缺陷。

 

4 开封观察

 

用化学方法去除封装树脂,开封结果显示:NG二极管晶元结构完整,晶元表面未发现明显异常,(NG2二极管是在定位后进行SEM观察,键合在定位后脱落)如图3、4。

 

 

5 失效点定位

 

由于失效二极管正反向均表现为异常开启现象,利用OBIRCH定位技术对NG二极管晶元进行失效点定位。

NG1二极管内部存在异常亮点,亮点位置在键合区周围。NG2二极管键合区周围同样存在异常亮点,呈发散状,如图5、6。

 

 

6 FIB微区形貌分析

 

对NG1、NG2二极管晶元阻抗异常位置进行FIB定位剖切,并对晶元内部结构进行观察分析。

FIB剖切结果表明:按图7剖切方向1进行剖切未能发现裂纹;按图9剖切方向2进行剖切发现晶元内部存在裂纹,且裂纹位置未发现有烧毁熔融的现象,说明晶元内部裂纹不是因为晶元烧毁导致的,而是晶元本身存在的缺陷。

 

NG1灯板异常灯珠及其他灯珠切片后SEM图片及EDS能谱图

 

7 分析及总结

 

NG二极管表现为功能异常, 体现在半导体特性改变。经过OBIRCH定位结果表明,失效二极管内部存在异常亮点,且异常区域均位于键合区周围。利用FIB对阻抗异常区域进行纵向剖面切割,切割后的截面并未发现任何可见的明显损伤,说明内部异常亮点不是晶元内部出现烧毁导致的。对异常亮点位置进行横向切割后,发现晶元内部存在明显裂纹,说明晶元内部出现异常亮点是由于晶元内部存在裂纹导致的。

结合OBIRCH定位结果及横向切割后形貌,发现晶元内部裂纹主要存在于芯片绑定区周围,怀疑晶元内部裂纹是由于绑定工艺控制不当所致。在外界电气环境的作用下,晶元受激发半导体特性改变。

由以上分析结果可见,器件本身存在微缺陷,可靠性差,易受外界环境影响。

 

结论

 

二极管失效表现为晶元半导体特性发生改变,直接原因为晶元内部存在裂纹。

 

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