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Analisi del fallimento dei componenti elettronici

o-leader. o-leading.com 2019-02-16 14:17:39
La tecnologia dell'informazione elettronica è il fulcro della nuova rivoluzione tecnologica odierna e i componenti elettronici sono la base per lo sviluppo della tecnologia dell'informazione elettronica. Comprendere i fattori che causano il fallimento dei componenti per migliorare l'affidabilità è una garanzia necessaria per l'applicazione della tecnologia dell'informazione elettronica.
Per effettuare un'analisi dei guasti dei componenti elettronici sono necessarie alcune tecniche e strumenti di test analitici avanzati.



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1 tecnologia di analisi del microscopio ottico
Le tecniche di analisi del microscopio ottico includono principalmente microscopi stereo e microscopi metallografici.
Lo stereo microscopio ha un piccolo ingrandimento, ma la profondità di campo è grande; l'ingrandimento del microscopio metallografico è ampio, da diverse decine di volte a più di mille volte, ma la profondità di campo è piccola. Utilizzando insieme questi due microscopi, è possibile osservare l'aspetto del dispositivo, nonché la forma della superficie, la distribuzione, le dimensioni, l'organizzazione, la struttura e lo stress del sito di errore. Ad esempio, viene utilizzato per osservare il burnout e la rottura del chip, il legame del filo, le fessure del substrato, la contaminazione, i graffi, i difetti dello strato di ossido, la corrosione dello strato metallico e simili. Il microscopio può anche essere dotato di dispositivi ausiliari che forniscono metodi di visione come campo chiaro, campo oscuro, contrasto di fase di interferenza differenziale e polarizzazione per adattarsi a varie esigenze.

2 tecnologia di analisi a infrarossi
La struttura del microscopio a infrarossi è simile a quella di un microscopio metallografico. Tuttavia, utilizza una sorgente di luce del vicino infrarosso (lunghezza d'onda di 0175 ~ 3 micron) ed è ripresa da un tubo di immagine a infrarossi. I materiali semiconduttori come il germanio e il silicio e gli strati di metallo sottili sono trasparenti alla radiazione infrarossa. Con esso, il chip senza tagliare il dispositivo può anche osservare i difetti e le condizioni di saldatura all'interno del chip. È inoltre particolarmente adatto per l'analisi di guasti di dispositivi a semiconduttore imballati in plastica.
La microscopia a infrarossi è un metodo per la misurazione della temperatura senza contatto ad alta precisione di piccole aree di dispositivi microelettronici mediante microscopia a infrarossi. Il funzionamento e il guasto del dispositivo sono riflessi da effetti termici. Il design improprio del dispositivo, i difetti del materiale, gli errori di processo ecc. Provocheranno un aumento della temperatura locale. I punti caldi possono essere piccoli come micron, quindi la misurazione della temperatura deve essere fatta per aree piccole. Per non compromettere il funzionamento e le caratteristiche elettriche del dispositivo, la misurazione deve essere senza contatto. Trovare punti caldi e misurare la temperatura con alta precisione in modo non a contatto è di grande importanza per la progettazione del prodotto, il controllo del processo, l'analisi dei guasti e l'ispezione dell'affidabilità.

La termocamera ad infrarossi è una tecnologia di misurazione della temperatura senza contatto che misura la temperatura in ogni punto della superficie e fornisce la distribuzione della temperatura sulla superficie del campione.
La termocamera ad infrarossi scansiona il campione ad alta velocità con un sistema ottico come una vibrazione o uno specchio e condensa la radiazione di calore da ciascun punto sulla superficie del campione sul rivelatore per diventare un segnale elettrico, quindi il display forma un immagine in bianco e nero oa colori. Utilizzato per analizzare la temperatura in vari punti sulla superficie.

3 analisi al microscopio acustico
Gli ultrasuoni possono essere trasmessi in materiali omogenei come metalli, ceramica e plastica. L'ispezione ultrasonica della superficie e parte inferiore del materiale può rilevare difetti macroscopici come l'integrità strutturale multistrato. L'ultrasuono è un mezzo molto efficace per rilevare i difetti e per eseguire analisi dei guasti. Combinando i test a ultrasuoni con tecnologie avanzate di luce, macchine ed elettricità, sviluppa anche una tecnologia di analisi al microscopio acustico, che può essere utilizzata per osservare le condizioni interne dei campioni che non possono essere visti dai microscopi ottici e può fornire un contrasto elevato che non può essere ottenuto da X fluoroscopia a raggi. Le immagini possono essere applicate all'analisi non distruttiva.



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4 tecnologia di rilevamento hot spot a cristalli liquidi
Come accennato in precedenza, il rilevamento degli hot spot è un mezzo efficace nell'analisi dei guasti dei dispositivi a semiconduttore.
Il cristallo liquido è un liquido, ma quando la temperatura è inferiore alla temperatura di transizione di fase, diventa un cristallo.
Il cristallo mostrerà anisotropia. Quando è riscaldato e la temperatura è superiore alla temperatura di transizione di fase, diventa un liquido isotropico. Usando questa proprietà, è possibile osservare il punto di transizione di fase del cristallo liquido sotto luce polarizzata ortogonalmente per trovare un punto caldo.
Il dispositivo di rilevamento di punti caldi a cristalli liquidi è composto da un microscopio polarizzatore, uno stadio campione di temperatura regolabile e un circuito di controllo di polarizzazione elettrica del campione.

La tecnologia di rilevamento dei punti caldi a cristalli liquidi può essere utilizzata per verificare difetti come fori e punti caldi. Se nello strato di ossido esiste uno spillo, lo strato di metallo sopra di esso e il semiconduttore sottostante possono essere cortocircuitati, causando il deterioramento o addirittura il guasto delle caratteristiche elettriche. Applicare il cristallo liquido sulla superficie del tubo da testare, quindi posizionare il campione sulla fase di riscaldamento. Se lo strato di ossido del tubo presenta dei fori di spillo, si verificherà una corrente di dispersione e verrà generato calore, in modo che la temperatura aumenti in questo punto e venga utilizzata la luce polarizzata. Sotto il microscopio ottico, è possibile osservare la differenza tra il punto caldo e il colore circostante per determinare la posizione del punto caldo sul dispositivo.

A causa del basso consumo energetico, questo metodo ha un'alta sensibilità e un'elevata risoluzione spaziale.

5 tecnologia di microscopia a radiazione ottica
Quando un materiale semiconduttore viene eccitato da un campo elettrico, i portatori passeranno tra i livelli di energia per emettere fotoni. La radiazione ottica nei dispositivi a semiconduttore e nei circuiti integrati può essere suddivisa in tre categorie: una è la radiazione composita in cui la minoranza viene iniettata nella giunzione pn, cioè i vettori di minoranza sbilanciati vengono iniettati nella barriera e combinati con i vettori maggioritari emettere fotoni. In secondo luogo, il campo elettrico accelera la luminescenza della portante, cioè i vettori mobili ad alta velocità generati sotto l'azione del forte campo elettrico si scontrano con gli atomi sul reticolo per renderli ionizzati ed emettere luce. Il terzo è il mezzo di luce. Sotto un forte campo elettrico, quando una corrente del tunnel scorre attraverso un film dielettrico come il biossido di silicio o il nitruro di silicio, si verifica l'emissione di fotoni.

Il microscopio a radiazione luminosa utilizza una tecnica di rivelazione a luce scarsa per aumentare la sensibilità di rilevamento dei fotoni di sei ordini di grandezza, combinata con la tecnologia delle immagini digitali per migliorare il rapporto segnale / rumore.
Dopo gli anni '90, è stata aggiunta la funzione dell'analisi spettrale della radiazione ottica rilevata per determinare il tipo e la natura della radiazione ottica.
Per eseguire la microscopia con radiazioni ottiche, in primo luogo, una rilevazione di immagini in tempo reale del campione viene eseguita sotto una sorgente di luce esterna, e quindi una polarizzazione viene applicata alla porzione per rilevare la radiazione ottica del campione in una scatola di schermatura opaca.

In un dispositivo a semiconduttore, vari tipi di difetti e danni possono generare dispersione elettrica sotto l'azione di un certo campo elettrico di intensità e accompagnare il salto dei portanti per generare radiazioni ottiche, in modo che il posizionamento della porzione di emissione di luce possa essere il posizionamento della parte fallita. Allo stato attuale, i tipi di difetti e danni che possono essere rilevati dalle tecniche di microscopia a radiazione ottica includono giunzioni di perdita, picchi di contatto, difetti di ossidazione, fori di gate, danno da scariche elettrostatiche, effetti latch-up, carrier caldi, transistor saturi e transistor di commutazione. e tanti altri.

6 tecnologia di microanalisi
La microanalisi è una tecnica per l'analisi approfondita dei componenti elettronici. Il fallimento dei componenti è direttamente correlato alla composizione chimica dei materiali utilizzati, alla struttura dei dispositivi e alla morfologia dei microdomini. Il fallimento è anche legato a molti fattori quali le fluttuazioni e la precisione del controllo del processo, la stabilità del materiale e le proprietà fisiche e chimiche di vari materiali. Al fine di comprendere e studiare a fondo le cause, i meccanismi e le modalità di insuccesso, oltre alle tecniche sopra citate, è necessario chiarire le micro-aree rilevanti e ottenere informazioni informative.

Con la diversificazione dei materiali utilizzati nei componenti, la complessità e il perfezionamento del processo e la miniaturizzazione delle dimensioni, i requisiti per la microanalisi stanno diventando sempre più urgenti. Questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata all'estero per l'affidabilità e l'analisi dei guasti. Sin dalla riforma e apertura, la Cina ha introdotto un gran numero di strumenti di test analitici su larga scala e ha pienamente soddisfatto le condizioni per condurre una microanalisi.



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La tecnologia di microanalisi utilizza elettroni, ioni, fotoni, raggi laser, raggi X e radiazioni nucleari per agire sul campione da analizzare ed eccita il campione per emettere elettroni, ioni, fotoni, ecc. E utilizza strumenti sofisticati per misurare la loro energia intensità e informazioni come la distribuzione spaziale vengono utilizzate per analizzare composizione, struttura e simili del campione.
Il primo passo nel lavoro di microanalisi è quello di guardare la forma e guardare la grafica, il linework e il disallineamento del dispositivo. Per osservare ciò è possibile utilizzare la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la microscopia elettronica a trasmissione (STM). Lo STM può essere amplificato centinaia di migliaia di volte e può quasi risolvere gli atomi.

Per comprendere i materiali utilizzati per realizzare i componenti, questi possono essere rilevati da strumenti quali la spettroscopia elettronica Auger (AES), la spettrometria di massa con ioni secondari (SIMS) e la spettroscopia di fotoelettroni a raggi X (XPS). È anche possibile utilizzare lo spettro di energia a raggi X o lo spettro collegato a SEM e STM per l'analisi della composizione. AES fornisce anche la distribuzione dei componenti sulla superficie. Per comprendere la distribuzione della profondità dei componenti, strumenti come AES e XPS hanno anche pistole ioniche, e i componenti sono testati mediante attacco ionico per sapere come i componenti sono distribuiti in base alla profondità. Per ottenere una risoluzione laterale più elevata, il test AES, il punto focale del fascio di elettroni dovrebbe essere piccolo, e l'XPS del punto piccolo dovrebbe essere usato.
I materiali utilizzati nei componenti elettronici vanno dagli elementi leggeri agli elementi pesanti come oro, platino e tungsteno. Diversi strumenti sono spesso usati per rilevare diversi elementi. Quando si utilizza AES per rilevare elementi luminosi, è meno sensibile.

Un aspetto importante del rilevamento del dispositivo è l'analisi della struttura cristallina del film e del substrato, compresa la comprensione dell'orientamento cristallino del substrato, che determina se il film è monocristallino o policristallino, l'orientamento preferito del policristallo, la dimensione del grano, il stress del film, ecc. Questa informazione è principalmente ottenuta dallo strumento di diffrazione a raggi X (XRD). Il diffrattometro a raggi X target emette una forte radiografia, che è uno strumento molto sensibile per il rilevamento strutturale. SEM e STM possono anche ottenere informazioni sulla struttura cristallina osservando la morfologia, ad esempio osservando la grana del film. Può anche essere usato per la diffrazione di elettroni su STM, che è più sensibile della normale diffrazione a raggi X.


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