โดยทั่วไปแล้ว เป็นการยากที่จะหลีกเลี่ยงความล้มเหลวเล็กน้อยในการพัฒนา การผลิต และการใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยการปรับปรุงข้อกำหนดด้านคุณภาพผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่อง การวิเคราะห์ความล้มเหลวจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆด้วยการวิเคราะห์ชิปความล้มเหลวเฉพาะเจาะจง สามารถช่วยผู้ออกแบบวงจรค้นหาข้อบกพร่องของการออกแบบอุปกรณ์ พารามิเตอร์กระบวนการที่ไม่ตรงกัน การออกแบบวงจรต่อพ่วงที่ไม่สมเหตุสมผล หรือการทำงานผิดพลาดที่เกิดจากปัญหาความจำเป็นในการวิเคราะห์ความล้มเหลวของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์นั้นส่วนใหญ่แสดงออกมาในด้านต่อไปนี้:
(1) การวิเคราะห์ความล้มเหลวเป็นวิธีที่จำเป็นในการกำหนดกลไกความล้มเหลวของชิปอุปกรณ์
(2) การวิเคราะห์ความล้มเหลวจะให้พื้นฐานและข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการวินิจฉัยข้อบกพร่องที่มีประสิทธิผล
(3) การวิเคราะห์ความล้มเหลวให้ข้อมูลป้อนกลับที่จำเป็นสำหรับวิศวกรออกแบบเพื่อปรับปรุงหรือซ่อมแซมการออกแบบชิปอย่างต่อเนื่อง และทำให้สมเหตุสมผลมากขึ้นตามข้อกำหนดการออกแบบ
(4) การวิเคราะห์ความล้มเหลวสามารถให้อาหารเสริมที่จำเป็นสำหรับการทดสอบการผลิต และให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการปรับปรุงกระบวนการทดสอบการตรวจสอบให้เหมาะสม
สำหรับการวิเคราะห์ความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอด ออดิโอออน หรือวงจรรวม ควรทดสอบพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าก่อน และหลังจากการตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ควรถอดบรรจุภัณฑ์ออกในขณะที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของฟังก์ชันชิปไว้ ควรรักษาลีดภายในและภายนอก จุดประสาน และพื้นผิวของชิปให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการวิเคราะห์ขั้นตอนต่อไป
การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและสเปกตรัมพลังงานเพื่อทำการวิเคราะห์นี้ ซึ่งรวมถึงการสังเกตสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ การค้นหาจุดชำรุด การสังเกตจุดบกพร่องและตำแหน่ง การวัดขนาดเรขาคณิตด้วยกล้องจุลทรรศน์ของอุปกรณ์อย่างแม่นยำ และการกระจายศักย์ของพื้นผิวขรุขระ และการตัดสินเชิงตรรกะของประตูดิจิทัล วงจร (ด้วยวิธีภาพความเปรียบต่างแรงดันไฟฟ้า);ใช้สเปกโตรมิเตอร์พลังงานหรือสเปกโตรมิเตอร์เพื่อทำการวิเคราะห์ ได้แก่ การวิเคราะห์องค์ประกอบองค์ประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ โครงสร้างวัสดุ หรือการวิเคราะห์มลพิษ
01. ข้อบกพร่องที่พื้นผิวและการไหม้ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
ข้อบกพร่องที่พื้นผิวและการไหม้ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นทั้งโหมดความล้มเหลวทั่วไป ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งเป็นข้อบกพร่องของชั้นบริสุทธิ์ของวงจรรวม
รูปที่ 2 แสดงข้อบกพร่องที่พื้นผิวของชั้นโลหะของวงจรรวม
รูปที่ 3 แสดงช่องแยกย่อยระหว่างแถบโลหะสองแถบของวงจรรวม
รูปที่ 4 แสดงแถบโลหะยุบตัวและบิดเบี้ยวบนแอร์บริดจ์ในอุปกรณ์ไมโครเวฟ
รูปที่ 5 แสดงความเหนื่อยหน่ายของกริดของหลอดไมโครเวฟ
รูปที่ 6 แสดงความเสียหายทางกลต่อสายไฟที่เป็นโลหะที่รวมอยู่ด้วย
รูปที่ 7 แสดงการเปิดและข้อบกพร่องของชิปเมซ่าไดโอด
รูปที่ 8 แสดงการแยกส่วนของไดโอดป้องกันที่อินพุตของวงจรรวม
รูปที่ 9 แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวของชิปวงจรรวมได้รับความเสียหายจากการกระแทกทางกล
รูปที่ 10 แสดงความเหนื่อยหน่ายบางส่วนของชิปวงจรรวม
รูปที่ 11 แสดงให้เห็นว่าชิปไดโอดพังและไหม้อย่างรุนแรง และจุดพังทลายกลายเป็นสถานะหลอมละลาย
รูปที่ 12 แสดงชิปหลอดพลังงานไมโครเวฟแกลเลียมไนไตรด์ที่ถูกเผา และจุดที่ไหม้แสดงสถานะสปัตเตอร์หลอมเหลว
02. การสลายตัวของไฟฟ้าสถิต
อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ตั้งแต่การผลิต การบรรจุ การขนส่ง จนถึงบนแผงวงจรสำหรับการใส่ การเชื่อม การประกอบเครื่องจักร และกระบวนการอื่นๆ อยู่ภายใต้ภัยคุกคามจากไฟฟ้าสถิตในกระบวนการนี้ การขนส่งได้รับความเสียหายเนื่องจากการเคลื่อนย้ายบ่อยครั้งและสัมผัสกับกระแสไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากโลกภายนอกได้ง่ายดังนั้นควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่างการส่งและการขนส่งเพื่อลดการสูญเสีย
ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีหลอด MOS แบบ unipolar และวงจรรวม MOS มีความไวต่อไฟฟ้าสถิตโดยเฉพาะหลอด MOS เนื่องจากความต้านทานอินพุตของตัวเองสูงมาก และความจุอิเล็กโทรดของเกต-ซอร์สมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นจึงง่ายมากที่จะเป็น รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกหรือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตและประจุไฟฟ้า และเนื่องจากการสร้างไฟฟ้าสถิต จึงเป็นการยากที่จะคายประจุไฟฟ้าได้ทันเวลา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตจนทำให้อุปกรณ์พังทันทีรูปแบบของการสลายไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่คือการสลายที่ชาญฉลาดทางไฟฟ้า กล่าวคือ ชั้นออกไซด์บางๆ ของกริดจะพังทลายลง กลายเป็นรูเข็ม ซึ่งจะทำให้ช่องว่างระหว่างกริดกับแหล่งกำเนิดสั้นลง หรือระหว่างกริดกับท่อระบายน้ำ
และเมื่อเทียบกับหลอด MOS ความสามารถในการสลายป้องกันไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม MOS นั้นค่อนข้างดีกว่าเล็กน้อย เนื่องจากขั้วอินพุตของวงจรรวม MOS ติดตั้งไดโอดป้องกันเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าสถิตหรือแรงดันไฟกระชากขนาดใหญ่เข้าสู่ไดโอดป้องกันส่วนใหญ่สามารถเปลี่ยนไปที่กราวด์ได้ แต่หากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไปหรือกระแสขยายทันทีมีขนาดใหญ่เกินไป บางครั้งไดโอดป้องกันก็จะทำงานเอง ดังแสดงในรูป 8.
รูปภาพหลายรูปที่แสดงในรูปที่ 13 เป็นภูมิประเทศสลายไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม MOSจุดพังทลายมีขนาดเล็กและลึก ทำให้เกิดสถานะสปัตเตอร์หลอมเหลว
รูปที่ 14 แสดงลักษณะของการสลายไฟฟ้าสถิตของหัวแม่เหล็กของฮาร์ดดิสก์คอมพิวเตอร์
เวลาโพสต์: Jul-08-2023