六個(gè)步驟層層排查，探明這枚SN6505BDBVT上機(jī)短路的真相

集成電路上機(jī)失效，原因復(fù)雜多樣，常見(jiàn)原因有：制造工藝缺陷、環(huán)境因素、SMT工序、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷、EMC電磁兼容設(shè)計(jì)、過(guò)壓過(guò)流、靜電（ESD）損壞等。

本次案例，客戶端反饋手中一批SN6505BDBVT驅(qū)動(dòng)器上機(jī)貼片后出現(xiàn)輸出不良情況，不良率僅為0.1%（失效品僅1顆）。一枚成熟的產(chǎn)品發(fā)生如此失效問(wèn)題，客戶先求助FAE對(duì)前端排查，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)設(shè)計(jì)、外圍元器件以及焊接等方面存在異常。既然從電路方面查不出原因，客戶就尋求我們創(chuàng)芯檢測(cè)的幫助，希望從元器件本身入手，查明原因所在。

除了失效樣品（編號(hào)為B1#），客戶還提供了一顆良品（編號(hào)為A1#）以供對(duì)比分析。至于失效的原因是什么，您可以先猜一猜，再跟隨我們一起經(jīng)由測(cè)試，來(lái)驗(yàn)證您的想法。

測(cè)試過(guò)程

步驟1：外觀檢查

目的：對(duì)收到的樣品進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)器件封裝絲印是否完整，是否有重新打磨翻新等痕跡，塑封體表面是否存在明顯破損、引腳完整性等基本信息。

檢測(cè)結(jié)果：對(duì)所提供樣品進(jìn)行檢查，不論是良品（A1#）還是失效品（B1#）均未發(fā)現(xiàn)二次涂層、絲印重新打磨的痕跡。另外，良品和失效品引腳尾端均發(fā)現(xiàn)助焊劑殘留的痕跡，表明這兩顆芯片確實(shí)都是上過(guò)機(jī)的。

步驟2：電特性分析

目的：為了復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品的失效問(wèn)題，對(duì)好壞樣品的寄生二極管特性部分進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)輸出端是否有明顯損壞。

器件引腳說(shuō)明圖：

測(cè)試條件：將失效品（B1#）接入電路并連接示波器，顯示屏橫軸每個(gè)柵格表示電壓為0.5V，縱軸每個(gè)柵格表示電流為0.5mA。

結(jié)果：通過(guò)與良品電特性分析比對(duì)，確認(rèn)器件的失效品D2對(duì)GND之間二極管特性曲線圖像為短路模式，由于D2為輸出端，當(dāng)MOS器件的D2漏極輸出端對(duì)地之間短路時(shí)，輸出端大部分電流以襯底（GND）的方向泄漏，導(dǎo)致電平直接被拉低。

步驟3：X-Ray檢查

目的：確認(rèn)存在短路之后，利用X-Ray探查元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在異常，來(lái)驗(yàn)證失效是否因?yàn)榉庋b問(wèn)題所引起。

測(cè)試結(jié)果：經(jīng)過(guò)比對(duì)良品與失效品內(nèi)部圖像，并未發(fā)現(xiàn)封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鍵合絲和die上存在明顯異常。為探明失效原因，下面就必須進(jìn)行破壞性測(cè)試。

步驟4：開(kāi)蓋檢查

目的：開(kāi)蓋檢查失效品（B1#）die上是否存在工藝缺陷與燒毀跡象。

測(cè)試結(jié)果：經(jīng)金相顯微鏡檢查，在die上未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

步驟5：熱點(diǎn)分析（OBIRCH）

目的：熱點(diǎn)分析的原理，是用激光在芯片表面掃描，激光束的能量會(huì)被芯片吸收轉(zhuǎn)化為熱量。若芯片存在缺陷，則缺陷處的能量將不會(huì)被傳導(dǎo)和分散，從而導(dǎo)致缺陷處溫度升高，并使阻值變化。

在掃描同時(shí)，對(duì)芯片施加一定的電壓和電流，在缺陷處就會(huì)引起電壓和電流的變化。通過(guò)將激光掃描到溫度變化的位置，與電壓和電流發(fā)生變化的位置相疊生成圖像，就可以定位熱點(diǎn)。

熱點(diǎn)分析可有效探查芯片中金屬線的空洞、通孔下的空洞，通孔底部高電阻區(qū)等，也能有效檢測(cè)短路或漏電。在X-Ray和開(kāi)蓋都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常的情況下，就要看進(jìn)行熱點(diǎn)分析能不能為我們打開(kāi)局面。

測(cè)試條件的評(píng)估：為了避免二次損壞，分析評(píng)估后對(duì)D2-GND之間的上電要求選定如下：測(cè)試電壓為0.10V，電流為2.45mA，分別在5.0x和20.0x的倍率下測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果：熱點(diǎn)分析失效樣品（B1#），在5.0x和20x倍率下，觀察到die局部存在兩處熱點(diǎn)。接下來(lái)的工作，就是要在die之中，鎖定它們的具體位置。

步驟6：去層分析

目的：由于引發(fā)芯片失效的缺陷點(diǎn)往往發(fā)生位于芯片下層的結(jié)構(gòu)，因此有必要對(duì)熱點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)的熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行去層分析，來(lái)鎖定樣品缺陷點(diǎn)的具體位置。

分析結(jié)果：對(duì)失效品（B1#）熱點(diǎn)分析異常區(qū)域進(jìn)行去層分析，去層Solder、TM、M2時(shí)均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，進(jìn)一步去層到M1時(shí)發(fā)現(xiàn)明顯燒熔痕跡。探明芯片內(nèi)損傷的點(diǎn)之后，我們就可以進(jìn)一步分析，得出失效原因的最終結(jié)論。

去層分析步驟1—Die_Solder：在此層未發(fā)現(xiàn)異常

去層分析步驟2—Die_TM：在此層未發(fā)現(xiàn)異常

去層分析步驟3—Die_M2：在此層未發(fā)現(xiàn)異常

去層分析步驟4—Die_M1：在此層發(fā)現(xiàn)金屬線燒熔點(diǎn)

分析總結(jié)和改善建議

分析過(guò)程：客戶端反饋型號(hào)SN6505BDBVT驅(qū)動(dòng)器上機(jī)貼片后出現(xiàn)輸出不良，不良率僅為0.1%（失效品1顆）。對(duì)客戶端提供的失效樣品進(jìn)行I-V特性曲線量測(cè)，確認(rèn)輸出端D2與GND之間表現(xiàn)為短路。

為了探究短路的最終原因，我們對(duì)此樣品進(jìn)行X-Ray和開(kāi)蓋檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何異常，進(jìn)一步通過(guò)OBRICH偵測(cè)和去層分析后，在M1局部發(fā)現(xiàn)了明顯燒毀痕跡，最終根據(jù)M1燒毀形貌特征，確認(rèn)失效機(jī)理為ESD損傷。

結(jié)論：綜上分析SN6505BDBVT驅(qū)動(dòng)器客戶端反饋輸出不良的原因?yàn)?/span>ESD損傷導(dǎo)致D2與GND之間損壞，從而間接或直接導(dǎo)致芯片短路失效。 

建議：優(yōu)化電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計(jì)，注意防靜電措施。在特殊條件下，可以參考器件的ESD防控指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步確保整機(jī)產(chǎn)品具備完善的抗干擾能力。一旦物料出現(xiàn)失效情況，推薦您尋求專(zhuān)業(yè)IC檢測(cè)機(jī)構(gòu)的幫助，排查出失效原因。

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