Secara umum, sulit untuk menghindari sejumlah kecil kegagalan dalam pengembangan, produksi, dan penggunaan perangkat semikonduktor. Dengan peningkatan berkelanjutan dalam persyaratan kualitas produk, analisis kegagalan menjadi semakin penting. Dengan menganalisis chip kegagalan tertentu, ini dapat membantu perancang sirkuit menemukan cacat desain perangkat, ketidaksesuaian parameter proses, desain sirkuit periferal yang tidak masuk akal, atau kesalahan pengoperasian yang disebabkan oleh masalah tersebut. Perlunya analisis kegagalan perangkat semikonduktor terutama diwujudkan dalam aspek-aspek berikut:
(1) Analisis kegagalan merupakan sarana yang diperlukan untuk menentukan mekanisme kegagalan chip perangkat;
(2) Analisis kegagalan memberikan dasar dan informasi yang diperlukan untuk diagnosis kesalahan yang efektif;
(3) Analisis kegagalan memberikan informasi umpan balik yang diperlukan bagi insinyur desain untuk terus meningkatkan atau memperbaiki desain chip dan membuatnya lebih masuk akal sesuai dengan spesifikasi desain;
(4) Analisis kegagalan dapat memberikan pelengkap yang diperlukan untuk pengujian produksi dan memberikan dasar informasi yang diperlukan untuk optimalisasi proses pengujian verifikasi.
Untuk analisis kegagalan dioda semikonduktor, audion atau sirkuit terpadu, parameter kelistrikan harus diuji terlebih dahulu, dan setelah pemeriksaan penampakan di bawah mikroskop optik, kemasannya harus dilepas. Sambil menjaga integritas fungsi chip, kabel internal dan eksternal, titik ikatan, dan permukaan chip harus dijaga sejauh mungkin, untuk mempersiapkan langkah analisis berikutnya.
Menggunakan pemindaian mikroskop elektron dan spektrum energi untuk melakukan analisis ini: termasuk pengamatan morfologi mikroskopis, pencarian titik kegagalan, pengamatan dan lokasi titik cacat, pengukuran akurat ukuran geometri mikroskopis perangkat dan distribusi potensial permukaan kasar serta penilaian logika gerbang digital rangkaian (dengan metode gambar kontras tegangan); Gunakan spektrometer energi atau spektrometer untuk melakukan analisis ini: analisis komposisi unsur mikroskopis, struktur material atau analisis polutan.
01. Cacat permukaan dan luka bakar pada perangkat semikonduktor
Cacat permukaan dan terbakarnya perangkat semikonduktor merupakan mode kegagalan yang umum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, yang merupakan cacat pada lapisan murni sirkuit terpadu.
Gambar 2 menunjukkan cacat permukaan lapisan logam pada sirkuit terpadu.
Gambar 3 menunjukkan saluran kerusakan antara dua strip logam pada sirkuit terpadu.
Gambar 4 menunjukkan keruntuhan strip logam dan deformasi miring pada jembatan udara di perangkat microwave.
Gambar 5 menunjukkan pemadaman jaringan pada tabung microwave.
Gambar 6 menunjukkan kerusakan mekanis pada kawat logam listrik terintegrasi.
Gambar 7 menunjukkan pembukaan dan cacat chip dioda mesa.
Gambar 8 menunjukkan kerusakan dioda pelindung pada input rangkaian terpadu.
Gambar 9 menunjukkan bahwa permukaan chip sirkuit terpadu rusak akibat benturan mekanis.
Gambar 10 menunjukkan burnout sebagian dari chip sirkuit terpadu.
Gambar 11 menunjukkan chip dioda rusak dan terbakar parah, dan titik kerusakan berubah menjadi kondisi leleh.
Gambar 12 menunjukkan chip tabung daya gelombang mikro galium nitrida yang terbakar, dan titik yang terbakar menunjukkan keadaan sputtering cair.
02. Kerusakan elektrostatis
Perangkat semikonduktor mulai dari manufaktur, pengemasan, transportasi hingga pada papan sirkuit untuk penyisipan, pengelasan, perakitan mesin, dan proses lainnya berada di bawah ancaman listrik statis. Dalam proses ini, transportasi rusak karena seringnya pergerakan dan mudahnya terpapar listrik statis yang dihasilkan oleh dunia luar. Oleh karena itu, perhatian khusus harus diberikan pada perlindungan elektrostatik selama transmisi dan transportasi untuk mengurangi kerugian.
Pada perangkat semikonduktor dengan tabung MOS unipolar dan sirkuit terpadu MOS sangat sensitif terhadap listrik statis, terutama tabung MOS, karena resistansi masukannya sendiri sangat tinggi, dan kapasitansi elektroda sumber gerbang sangat kecil, sehingga sangat mudah untuk menjadi dipengaruhi oleh medan elektromagnetik eksternal atau induksi elektrostatis dan bermuatan, dan karena pembangkitan elektrostatis, sulit untuk melepaskan muatan tepat waktu, Oleh karena itu, mudah menyebabkan akumulasi listrik statis hingga kerusakan perangkat secara instan. Bentuk kerusakan elektrostatik terutama adalah kerusakan listrik yang cerdik, yaitu lapisan oksida tipis dari jaringan dipecah, membentuk lubang jarum, yang memperpendek celah antara jaringan dan sumber atau antara jaringan dan saluran pembuangan.
Dan relatif terhadap tabung MOS, kemampuan kerusakan antistatis sirkuit terintegrasi MOS relatif sedikit lebih baik, karena terminal input sirkuit terintegrasi MOS dilengkapi dengan dioda pelindung. Begitu ada tegangan elektrostatis yang besar atau tegangan lonjakan ke sebagian besar dioda pelindung dapat dialihkan ke ground, tetapi jika tegangan terlalu tinggi atau arus amplifikasi sesaat terlalu besar, terkadang dioda pelindung akan menyala sendiri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Beberapa gambar yang ditunjukkan pada gambar 13 adalah topografi kerusakan elektrostatis dari sirkuit terpadu MOS. Titik kerusakannya kecil dan dalam, menghasilkan keadaan sputtering cair.
Gambar 14 menunjukkan tampilan kerusakan elektrostatik pada kepala magnetik hard disk komputer.
Waktu posting: 08-Juli-2023
