由外及里鎖定芯片失效源頭，告訴你如何防范爆米花效應(yīng)
日期：2024-04-02 16:47:00 瀏覽量：981 標(biāo)簽: 失效分析
小小一顆元器件，從運(yùn)輸、儲(chǔ)存再到生產(chǎn)線流程，最終成功上機(jī)并不是想象中那樣簡(jiǎn)單，這其中每個(gè)環(huán)節(jié)都有要注意的點(diǎn)。如果說元器件失效導(dǎo)致PCBA無法正常工作，排查工作會(huì)很繁瑣。不僅如此，對(duì)于一般終端制造商來說，即便鎖定到具體某一個(gè)元器件問題，但受限于條件，也無法深入探查其根本原因。
創(chuàng)芯檢測(cè)通過長期服務(wù)客戶的經(jīng)驗(yàn)積累，我們的工作不止于精確查明失效原因，更在于給出切實(shí)可行的建議，幫助客戶避免類似問題。
一、案例背景
終端客戶某款電器產(chǎn)品，其PCBA經(jīng)SMT后測(cè)試發(fā)現(xiàn)無輸出，最終排查為運(yùn)放器無輸出導(dǎo)致。該問題導(dǎo)致線上緊急停產(chǎn)，客戶急需查明失效的根本原因。創(chuàng)芯檢測(cè)接到用戶需求并介入后，從失效運(yùn)放器入手，通過外觀檢查、電特性測(cè)試、X-Ray測(cè)試、SAT分析及開蓋檢查等方法，最終找出原因。
二、分析過程
1、外觀檢查
對(duì)不良運(yùn)放器進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)運(yùn)放器塑封體有崩邊、裂紋、孔洞、打磨等明顯異常；引腳鍍層完好，無明顯氧化、腐蝕等跡象。
2、電特性測(cè)試
對(duì)不良運(yùn)放器與良品測(cè)試電特性，對(duì)比兩者相同引腳對(duì)地或電源腳的特性曲線有無明顯差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不良品某IO腳對(duì)VCC明顯開路，良品則為正常二極管特性，故懷疑不良品有內(nèi)部鍵合開路可能。
3、X-ray檢查
由于電特性分析發(fā)現(xiàn)不良品該管腳對(duì)電源明顯開路，遂對(duì)其進(jìn)行X-Ray檢查，重點(diǎn)觀察內(nèi)部鍵合形貌，發(fā)現(xiàn)該引腳第一鍵合疑似與PAD分離。
4、SAT分析
根據(jù)電特性及X-Ray的分析結(jié)果，對(duì)不良品進(jìn)行超聲波掃描（SAT）。該測(cè)試基于不同材質(zhì)回波不同的原理，特別適用于檢測(cè)封裝內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分層。我們通過SAT檢測(cè)探查其塑封體分層導(dǎo)致鍵合開裂的可能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不良運(yùn)放器die表面與塑封體有細(xì)微分層，而良品則不會(huì)有這一表現(xiàn)，據(jù)此推測(cè)不良品分層現(xiàn)象與鍵合開裂存在關(guān)聯(lián)，而該分層現(xiàn)象與爆米花效應(yīng)相似。
5、開蓋檢查
為精確而徹底地排查出失效原因，我們對(duì)不良運(yùn)放進(jìn)行開蓋檢查，重點(diǎn)觀察疑似開路鍵合點(diǎn)，在3D顯微鏡下可觀察到該鍵合已與PAD（承接引腳的焊盤）完全脫離，說明該引腳的確是開路狀態(tài)。
三、得出失效機(jī)理
從分析結(jié)果可看出：導(dǎo)致不良運(yùn)放失效的直接原因是引腳鍵合與PAD的分離；根本原因則是爆米花效應(yīng)導(dǎo)致塑封體與die表面分層，從而對(duì)鍵合絲施加一個(gè)向上的力，最終導(dǎo)致鍵合開路失效。而爆米花效應(yīng)的隱患，早在元器件的存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中就已被埋下。
爆米花效應(yīng)：一般環(huán)境下物料的保存容易吸潮，大氣中的水汽會(huì)緩慢擴(kuò)散至IC塑封內(nèi)部，在SMT工藝中水汽受熱使IC內(nèi)部壓力增加，在某個(gè)壓力節(jié)點(diǎn)造成塑封體與die表面的脫層分離。
四、預(yù)防措施：時(shí)刻注意防潮
預(yù)防爆米花效應(yīng)的核心就是注意防潮。一般的集成電路（IC）是由引腳來連接其內(nèi)部和PCB，故而都屬于非氣密性的潮敏器件（MSD）。對(duì)于潮敏器件，有標(biāo)準(zhǔn)化的潮敏等級(jí)（MSL）劃分，規(guī)定出各類器件的儲(chǔ)存條件：
1 級(jí)- 小于或等于30℃/85% RH 無限車間壽命
2 級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 一年車間壽命
2a級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 四周車間壽命
3 級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 168小時(shí)車間壽命
4 級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 72小時(shí)車間壽命
5 級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 48小時(shí)車間壽命
5a級(jí)- 小于或等于30℃/60% RH 24小時(shí)車間壽命
6 級(jí)- 使用之前必須經(jīng)過烘烤，并且必須在潮濕敏感注意標(biāo)貼上所規(guī)定的時(shí)間限定內(nèi)回流。
在實(shí)際操作中，我們建議元器件的儲(chǔ)存和使用直接遵循以下幾點(diǎn)：
防潮：使用防潮袋、干燥劑、防潮箱等進(jìn)行存儲(chǔ)，確保RH（相對(duì)濕度）小于10%。
密封：在運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工序中使用真空包裝進(jìn)行密封包裝。
烘烤：若元器件運(yùn)輸、存儲(chǔ)的環(huán)境無法滿足其潮敏等級(jí)（MSL）時(shí)，SMT前要進(jìn)行烘烤，通常烘烤125℃*8H，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整烘烤溫度和時(shí)間。
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