由外及里鎖定芯片失效源頭，告訴你如何防范爆米花效應
日期：2024-04-02 16:47:00 瀏覽量：1015 標簽: 失效分析
小小一顆元器件，從運輸、儲存再到生產線流程，最終成功上機并不是想象中那樣簡單，這其中每個環節都有要注意的點。如果說元器件失效導致PCBA無法正常工作，排查工作會很繁瑣。不僅如此，對于一般終端制造商來說，即便鎖定到具體某一個元器件問題，但受限于條件，也無法深入探查其根本原因。
創芯檢測通過長期服務客戶的經驗積累，我們的工作不止于精確查明失效原因，更在于給出切實可行的建議，幫助客戶避免類似問題。
一、案例背景
終端客戶某款電器產品，其PCBA經SMT后測試發現無輸出，最終排查為運放器無輸出導致。該問題導致線上緊急停產，客戶急需查明失效的根本原因。創芯檢測接到用戶需求并介入后，從失效運放器入手，通過外觀檢查、電特性測試、X-Ray測試、SAT分析及開蓋檢查等方法，最終找出原因。
二、分析過程
1、外觀檢查
對不良運放器進行外觀檢查，未發現運放器塑封體有崩邊、裂紋、孔洞、打磨等明顯異常；引腳鍍層完好，無明顯氧化、腐蝕等跡象。
2、電特性測試
對不良運放器與良品測試電特性，對比兩者相同引腳對地或電源腳的特性曲線有無明顯差異，結果發現不良品某IO腳對VCC明顯開路，良品則為正常二極管特性，故懷疑不良品有內部鍵合開路可能。
3、X-ray檢查
由于電特性分析發現不良品該管腳對電源明顯開路，遂對其進行X-Ray檢查，重點觀察內部鍵合形貌，發現該引腳第一鍵合疑似與PAD分離。
4、SAT分析
根據電特性及X-Ray的分析結果，對不良品進行超聲波掃描（SAT）。該測試基于不同材質回波不同的原理，特別適用于檢測封裝內部的結構分層。我們通過SAT檢測探查其塑封體分層導致鍵合開裂的可能，結果發現不良運放器die表面與塑封體有細微分層，而良品則不會有這一表現，據此推測不良品分層現象與鍵合開裂存在關聯，而該分層現象與爆米花效應相似。
5、開蓋檢查
為精確而徹底地排查出失效原因，我們對不良運放進行開蓋檢查，重點觀察疑似開路鍵合點，在3D顯微鏡下可觀察到該鍵合已與PAD（承接引腳的焊盤）完全脫離，說明該引腳的確是開路狀態。
三、得出失效機理
從分析結果可看出：導致不良運放失效的直接原因是引腳鍵合與PAD的分離；根本原因則是爆米花效應導致塑封體與die表面分層，從而對鍵合絲施加一個向上的力，最終導致鍵合開路失效。而爆米花效應的隱患，早在元器件的存儲和運輸過程中就已被埋下。
爆米花效應：一般環境下物料的保存容易吸潮，大氣中的水汽會緩慢擴散至IC塑封內部，在SMT工藝中水汽受熱使IC內部壓力增加，在某個壓力節點造成塑封體與die表面的脫層分離。
四、預防措施：時刻注意防潮
預防爆米花效應的核心就是注意防潮。一般的集成電路（IC）是由引腳來連接其內部和PCB，故而都屬于非氣密性的潮敏器件（MSD）。對于潮敏器件，有標準化的潮敏等級（MSL）劃分，規定出各類器件的儲存條件：
1 級- 小于或等于30℃/85% RH 無限車間壽命
2 級- 小于或等于30℃/60% RH 一年車間壽命
2a級- 小于或等于30℃/60% RH 四周車間壽命
3 級- 小于或等于30℃/60% RH 168小時車間壽命
4 級- 小于或等于30℃/60% RH 72小時車間壽命
5 級- 小于或等于30℃/60% RH 48小時車間壽命
5a級- 小于或等于30℃/60% RH 24小時車間壽命
6 級- 使用之前必須經過烘烤，并且必須在潮濕敏感注意標貼上所規定的時間限定內回流。
在實際操作中，我們建議元器件的儲存和使用直接遵循以下幾點：
防潮：使用防潮袋、干燥劑、防潮箱等進行存儲，確保RH（相對濕度）小于10%。
密封：在運輸、存儲等工序中使用真空包裝進行密封包裝。
烘烤：若元器件運輸、存儲的環境無法滿足其潮敏等級（MSL）時，SMT前要進行烘烤，通常烘烤125℃*8H，也可根據實際情況調整烘烤溫度和時間。
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