به طور کلی، اجتناب از مقدار کمی از شکست در توسعه، تولید و استفاده از دستگاه های نیمه هادی دشوار است.با بهبود مستمر الزامات کیفیت محصول، تجزیه و تحلیل شکست بیش از پیش مهم می شود.با تجزیه و تحلیل تراشه های خرابی خاص، می تواند به طراحان مدار کمک کند تا عیوب طراحی دستگاه، عدم تطابق پارامترهای فرآیند، طراحی نامعقول مدار محیطی یا عملکرد نادرست ناشی از مشکل را پیدا کنند.ضرورت تجزیه و تحلیل خرابی دستگاه های نیمه هادی عمدتاً در جنبه های زیر آشکار می شود:
(1) تجزیه و تحلیل شکست وسیله ضروری برای تعیین مکانیسم خرابی تراشه دستگاه است.
(2) تجزیه و تحلیل شکست، مبنای و اطلاعات لازم را برای تشخیص موثر خطا فراهم می کند.
(3) تجزیه و تحلیل شکست اطلاعات بازخورد لازم را برای مهندسان طراح فراهم می کند تا به طور مداوم طراحی تراشه را بهبود یا تعمیر کنند و آن را مطابق با مشخصات طراحی معقول تر کنند.
(4) تجزیه و تحلیل شکست می تواند مکمل لازم برای آزمایش تولید را فراهم کند و مبنای اطلاعاتی لازم را برای بهینه سازی فرآیند تست تأیید فراهم کند.
برای تجزیه و تحلیل خرابی دیودهای نیمه هادی، آئویون ها یا مدارهای مجتمع، ابتدا باید پارامترهای الکتریکی آزمایش شوند و پس از بازرسی ظاهری زیر میکروسکوپ نوری، بسته بندی باید حذف شود.ضمن حفظ یکپارچگی عملکرد تراشه، لیدهای داخلی و خارجی، نقاط اتصال و سطح تراشه باید تا حد امکان حفظ شوند تا برای مرحله بعدی تجزیه و تحلیل آماده شوند.
استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف انرژی برای انجام این تجزیه و تحلیل: شامل مشاهده مورفولوژی میکروسکوپی، جستجوی نقطه شکست، مشاهده نقطه عیب و مکان، اندازه‌گیری دقیق اندازه هندسه میکروسکوپی دستگاه و توزیع پتانسیل سطح ناهموار و قضاوت منطقی دروازه دیجیتال. مدار (با روش تصویر کنتراست ولتاژ)؛استفاده از طیف سنج انرژی یا طیف سنج برای انجام این تجزیه و تحلیل دارای: تجزیه و تحلیل ترکیب عناصر میکروسکوپی، ساختار مواد یا تجزیه و تحلیل آلاینده است.
01. عیوب سطحی و سوختگی دستگاه های نیمه هادی
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، نقص های سطحی و سوختن دستگاه های نیمه هادی هر دو حالت خرابی رایج هستند، که نقص لایه خالص شده مدار مجتمع است.
شکل 2 عیب سطحی لایه متالیزه مدار مجتمع را نشان می دهد.
شکل 3 کانال شکست بین دو نوار فلزی مدار مجتمع را نشان می دهد.
شکل 4 فروپاشی نوار فلزی و تغییر شکل کج روی پل هوا در دستگاه مایکروویو را نشان می دهد.
شکل 5 فرسودگی شبکه لوله مایکروویو را نشان می دهد.
شکل 6 آسیب مکانیکی به سیم فلزی الکتریکی یکپارچه را نشان می دهد.
شکل 7 باز شدن و نقص تراشه دیود mesa را نشان می دهد.
شکل 8 خرابی دیود محافظ در ورودی مدار مجتمع را نشان می دهد.
شکل 9 نشان می دهد که سطح تراشه مدار مجتمع در اثر ضربه مکانیکی آسیب دیده است.
شکل 10 فرسودگی جزئی تراشه مدار مجتمع را نشان می دهد.
شکل 11 نشان می دهد که تراشه دیود شکسته شده و به شدت سوخته است و نقاط شکست به حالت ذوب تبدیل شده است.
شکل 12 نشان می دهد که تراشه لوله مایکروویو برق نیترید گالیوم سوخته است، و نقطه سوخته یک حالت کندوپاش مذاب را نشان می دهد.
02. شکست الکترواستاتیک
دستگاه های نیمه هادی از تولید، بسته بندی، حمل و نقل تا روی برد مدار برای درج، جوشکاری، مونتاژ ماشین و سایر فرآیندها در معرض خطر الکتریسیته ساکن هستند.در این فرآیند، حمل و نقل به دلیل جابجایی مکرر و قرار گرفتن آسان در معرض الکتریسیته ساکن تولید شده توسط دنیای خارج آسیب می بیند.بنابراین برای کاهش تلفات باید به حفاظت الکترواستاتیکی در هنگام انتقال و حمل و نقل توجه ویژه ای شود.
در دستگاه های نیمه هادی با لوله MOS تک قطبی و مدار مجتمع MOS به الکتریسیته ساکن به ویژه لوله MOS حساس است، زیرا مقاومت ورودی خود بسیار بالا است و ظرفیت الکترود منبع دروازه بسیار کوچک است، بنابراین بسیار آسان است. تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی خارجی یا القای الکترواستاتیکی قرار می گیرد و باردار می شود و به دلیل تولید الکترواستاتیک تخلیه به موقع شارژ مشکل است، بنابراین به راحتی می توان باعث تجمع الکتریسیته ساکن تا خرابی آنی دستگاه شود.شکل شکست الکترواستاتیکی عمدتاً خرابی هوشمندانه الکتریکی است، یعنی لایه نازک اکسیدی شبکه شکسته می‌شود و سوراخی را تشکیل می‌دهد که شکاف بین شبکه و منبع یا بین شبکه و زهکش را کوتاه می‌کند.
و نسبت به لوله MOS مدار مجتمع MOS توانایی شکست آنتی استاتیک نسبتاً کمی بهتر است، زیرا ترمینال ورودی مدار مجتمع MOS مجهز به دیود محافظ است.هنگامی که یک ولتاژ الکترواستاتیک بزرگ وجود دارد یا ولتاژ موجی به اکثر دیودهای محافظ می تواند به زمین سوئیچ شود، اما اگر ولتاژ خیلی بالا باشد یا جریان تقویت آنی خیلی زیاد باشد، گاهی اوقات دیودهای محافظ خودشان را انجام می دهند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 8.
چندین تصویر نشان داده شده در شکل 13، توپوگرافی شکست الکترواستاتیک مدار مجتمع MOS است.نقطه شکست کوچک و عمیق است و حالت کندوپاش مذاب را نشان می دهد.
شکل 14 ظاهر شکست الکترواستاتیکی سر مغناطیسی هارد دیسک کامپیوتر را نشان می دهد.
زمان ارسال: ژوئیه-08-2023