Analyse de défaillance de composants électroniques
Pour effectuer l’analyse des défaillances des composants électroniques, des techniques et des instruments de test analytique avancés sont nécessaires.
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1 technologie d'analyse au microscope optique
Les techniques d'analyse au microscope optique comprennent principalement les stéréomicroscopes et les microscopes métallographiques.
Le stéréomicroscope a un faible grossissement mais la profondeur de champ est grande; le grossissement du microscope métallographique est élevé, de plusieurs dizaines à plus de mille fois, mais la profondeur de champ est faible. En combinant ces deux microscopes, on peut observer l'aspect du dispositif, ainsi que la forme de la surface, la distribution, la taille, l'organisation, la structure et la contrainte du site de défaillance. Par exemple, il est utilisé pour observer l’épuisement et la dégradation de la puce, la soudure de fils, les fissures de substrat, la contamination, les rayures, les défauts de la couche d’oxyde, la corrosion de la couche métallique, etc. Le microscope peut également être équipé de dispositifs auxiliaires fournissant des méthodes de visualisation telles que le fond clair, le fond noir, le contraste de phase à interférences différentielles et la polarisation pour répondre à divers besoins.
2 technologie d'analyse infrarouge
La structure du microscope infrarouge est similaire à celle d'un microscope métallographique. Cependant, il utilise une source de lumière proche infrarouge (longueur d'onde de 0175 ~ 3 microns) et est imagé par un tube image infrarouge. Les matériaux semi-conducteurs tels que le germanium, le silicium et les couches métalliques minces sont transparents au rayonnement infrarouge. Avec elle, la puce sans couper le dispositif peut également observer des défauts et des conditions de soudure à l'intérieur de la puce. Il est également particulièrement adapté à l’analyse de défaillance de dispositifs à semi-conducteurs emballés dans du plastique.
La microscopie infrarouge est une méthode de mesure de la température sans contact de haute précision dans de très petites zones de dispositifs microélectroniques utilisant la microscopie infrarouge. Le fonctionnement et la défaillance de l'appareil se traduisent par des effets thermiques. Une conception incorrecte de l'appareil, des défauts de matériaux, des erreurs de processus, etc. provoquent une augmentation de la température locale. Les points chauds peuvent être aussi petits que quelques microns, la mesure de la température doit donc porter sur de petites zones. Afin de ne pas affecter le fonctionnement et les caractéristiques électriques de l'appareil, la mesure doit être sans contact. La recherche de points chauds et la mesure de la température avec une grande précision et sans contact revêtent une grande importance pour la conception du produit, le contrôle du processus, l'analyse des défaillances et le contrôle de la fiabilité.
La caméra infrarouge est une technologie de mesure de température sans contact qui mesure la température à chaque point de la surface et donne la répartition de la température à la surface de l'échantillon.
La caméra infrarouge balaye l’échantillon à grande vitesse avec un système optique tel qu’un vibreur ou un miroir, et condense le rayonnement thermique de chaque point de la surface de l’échantillon sur le détecteur pour devenir un signal électrique. image en noir et blanc ou en couleur. Utilisé pour analyser la température en divers points de la surface.
3 analyse de microscopie acoustique
Les ultrasons peuvent être transmis dans des matériaux homogènes tels que les métaux, les céramiques et les plastiques. L'inspection par ultrasons de la surface et du dessous du matériau peut détecter des défauts macroscopiques tels que l'intégrité structurelle multicouche. L'échographie est un moyen très efficace de détecter les défauts et d'effectuer une analyse des défaillances. Combinant le contrôle par ultrasons à des technologies avancées de la lumière, des machines et de l’électricité, il développe également une technologie d’analyse microscopique acoustique, qui peut être utilisée pour observer les conditions internes d’échantillons non visibles par les microscopes optiques et peut fournir un contraste élevé impossible à obtenir par X radioscopie à rayons X. Les images peuvent être appliquées à l'analyse non destructive.
Technologie de détection de points chauds à cristaux liquides 4
Comme mentionné ci-dessus, la détection de points chauds est un moyen efficace dans l'analyse de défaillance de dispositifs à semi-conducteurs.
Le cristal liquide est un liquide, mais lorsque la température est inférieure à la température de transition de phase, il devient un cristal.
Le cristal montrera l'anisotropie. Lorsqu'il est chauffé et que la température est supérieure à la température de transition de phase, il devient un liquide isotrope. En utilisant cette propriété, il est possible d'observer le point de transition de phase du cristal liquide sous une lumière polarisée orthogonalement pour trouver un point chaud.
Le dispositif de détection de points chauds à cristaux liquides est composé d'un microscope à polarisation, d'un étage d'échantillonnage à température réglable et d'un circuit de commande de polarisation électrique de l'échantillon.
La technologie de détection de points chauds à cristaux liquides peut être utilisée pour vérifier les défauts tels que les trous d'épingle et les points chauds. S'il existe un trou d'épingle dans la couche d'oxyde, la couche métallique située au-dessus de celle-ci et le semi-conducteur sous-jacent peuvent être court-circuités, provoquant une détérioration ou même une défaillance des caractéristiques électriques. Appliquez les cristaux liquides sur la surface du tube à tester, puis placez l'échantillon sur la platine chauffante. Si la couche d'oxyde du tube présente des trous d'épingle, un courant de fuite se produira et de la chaleur sera générée, de sorte que la température augmente à ce stade et que la lumière polarisée soit utilisée. Au microscope optique, la différence entre le point chaud et la couleur environnante peut être observée afin de déterminer l'emplacement du point chaud sur l'appareil.
En raison de sa faible consommation électrique, cette méthode présente une sensibilité élevée et une résolution spatiale élevée.
5 technologie de microscopie à rayonnement optique
Lorsqu'un matériau semi-conducteur est excité par un champ électrique, les porteurs effectuent la transition entre les niveaux d'énergie pour émettre des photons. Le rayonnement optique dans les dispositifs à semi-conducteurs et les circuits intégrés peut être divisé en trois catégories: l’un est le rayonnement composite dans lequel la minorité est injectée dans la jonction pn, c’est-à-dire que les porteurs minoritaires déséquilibrés sont injectés dans la barrière et combinés aux porteurs majoritaires émettre des photons. Deuxièmement, le champ électrique accélère la luminescence du porteur, c’est-à-dire que les porteurs mobiles à haute vitesse générés sous l’action du fort champ électrique entrent en collision avec les atomes du réseau pour les ioniser et les émettre. Le troisième est le médium de lumière. Sous l'effet d'un fort champ électrique, lorsqu'un courant tunnel traverse un film diélectrique tel que le dioxyde de silicium ou le nitrure de silicium, une émission de photons se produit.
Le microscope à rayonnement lumineux utilise une technique de détection par faible lumière pour augmenter la sensibilité de détection des photons de six ordres de grandeur, combiné à la technologie d'image numérique pour améliorer le rapport signal sur bruit.
Après les années 1990, la fonction d'analyse spectrale du rayonnement optique détecté a été ajoutée pour déterminer le type et la nature du rayonnement optique.
Pour effectuer une microscopie à rayonnement optique, tout d'abord, une détection d'image en temps réel de l'échantillon est effectuée sous une source de lumière externe, puis une polarisation est appliquée à la partie pour détecter le rayonnement optique de l'échantillon dans une boîte de protection opaque.
Dans un dispositif à semi-conducteur, divers types de défauts et de dommages peuvent générer des fuites électriques sous l'action d'un champ électrique d'intensité déterminée et accompagner le saut des supports pour générer un rayonnement optique, de sorte que le positionnement de la partie émettrice de lumière puisse être le même. positionnement de la partie défaillante. À l'heure actuelle, les techniques de microscopie à rayonnement optique détectent les défauts et les dommages qui peuvent être détectés: jonctions de fuite, pointes de contact, défauts d'oxydation, trous de grille, dommages de décharge électrostatique, effets de verrouillage, porteurs chauds, transistors saturés et transistors de commutation. et beaucoup plus.
6 technologie de microanalyse
La microanalyse est une technique d’analyse approfondie des composants électroniques. La défaillance des composants est directement liée à la composition chimique des matériaux utilisés, à la structure des dispositifs et à la morphologie des microdomaines. Les défaillances sont également liées à de nombreux facteurs tels que les fluctuations et la précision du contrôle du processus, la stabilité des matériaux et les propriétés physiques et chimiques de divers matériaux. Afin de comprendre en profondeur et d’étudier les causes, les mécanismes et les modes de défaillance, il est nécessaire de préciser les micro-zones concernées et d’obtenir des informations informatives.
Avec la diversification des matériaux utilisés dans les composants, la complexité et le raffinement du processus, ainsi que la miniaturisation des dimensions, les exigences en matière de microanalyse deviennent de plus en plus urgentes. Cette technologie a été largement utilisée à l'étranger pour l'analyse de la fiabilité et des défaillances. Depuis la réforme et l’ouverture, la Chine a mis en place un grand nombre d’instruments de test analytique à grande échelle et a pleinement rempli les conditions requises pour mener une micro-analyse.
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La technologie de microanalyse utilise des électrons, des ions, des photons, des rayons laser, des rayons X et des radiations nucléaires pour agir sur l’échantillon à analyser, et incite l’échantillon à émettre des électrons, des ions, des photons, etc., et utilise des instruments sophistiqués pour mesurer leur énergie. , intensité, et des informations telles que la distribution spatiale sont utilisées pour analyser la composition, la structure et similaires de l'échantillon.
La première étape du travail de microanalyse consiste à examiner la forme, ainsi que les graphiques, les lignes et le désalignement du périphérique. La microscopie électronique à balayage (SEM) et la microscopie électronique à transmission (STM) peuvent être utilisées pour l'observer. Le STM peut être amplifié des centaines de milliers de fois et peut presque résoudre les atomes.
Afin de comprendre les matériaux utilisés dans la fabrication des composants, ceux-ci peuvent être détectés par des instruments tels que la spectroscopie électronique Auger (AES), la spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). Il est également possible d'utiliser le spectre d'énergie des rayons X ou le spectre associé au SEM et au STM pour l'analyse de la composition. AES donne également la distribution des composants sur la surface. Afin de comprendre la distribution en profondeur des composants, des instruments tels que AES et XPS disposent également de pistolets à ions, et les composants sont testés par gravure ionique pour savoir comment les composants sont répartis en fonction de la profondeur. Pour obtenir une résolution latérale plus élevée, le test AES indique que la tache focale du faisceau d'électrons doit être petite et que le XPS de la petite tache doit être utilisé.
Les matériaux utilisés dans les composants électroniques vont des éléments légers aux éléments lourds tels que l'or, le platine et le tungstène. Différents instruments sont souvent utilisés pour détecter différents éléments. Lors de l'utilisation d'AES pour détecter des éléments légers, il est moins sensible.
Un aspect important de la détection du dispositif est l’analyse de la structure cristalline du film et du substrat, y compris la compréhension de l’orientation cristalline du substrat, la détection du caractère monocristallin ou polycristallin, l’orientation préférée du polycristal, la taille des grains, la contrainte du film, etc. Cette information est principalement obtenue par un instrument de diffraction des rayons X (XRD). Le diffractomètre à rayons X cible émet un rayon X puissant, qui est un instrument très sensible pour la détection structurelle. SEM et STM peuvent également obtenir des informations sur la structure cristalline tout en observant la morphologie, par exemple en observant le grain du film. Il peut également être utilisé pour la diffraction électronique sur STM, qui est plus sensible que la diffraction aux rayons X ordinaire.
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