失效分析流程详解

失效分析流程详解

失效分析的基本概念

失效分析通常是指通过系统性研究失效现象，识别其根源与机制，并制定防止再次发生的策略。在本讲中，失效解析特指借助电气和化学手段，对从市场返回的不良功率半导体器件（例如 DIPIPM™）进行非破坏性与破坏性分析的过程。

失效分析的目标

三菱电机为客户提供市场返还不良功率器件的失效解析服务。通过分析器件的失效现象和表现，识别其失效模式与机理，明确导致失效的根本原因，从而提出优化使用方式的建议。这一流程旨在减少重复性失效，提升客户使用体验，并降低功率半导体器件的总体失效率。

失效解析的实施流程

一般而言，失效解析流程可划分为五个阶段：分析对象明确、失效模式确认、失效机理研究、根本原因判断以及改善建议制定。基于这一基础，三菱电机进一步将其解析服务细化为八个步骤，并遵循“先无损分析、后有损分析”的原则进行。

• 1. 信息确认

  在接收客户返还的失效功率半导体器件样品后，首先进行样品信息与实物的一致性核对与记录。

• 2. 外观检查

  确认信息无误后，采用肉眼与光学显微镜对样品外观与正常器件进行对比，检查是否存在沾污、破损、隐裂、管脚缺失或变形，以及背面铜箔氧化、硫化等现象，并对初始状态进行图像记录。

• 3. X射线检测

  通过X射线非破坏性检测，可以观察器件内部结构。该方法能够在不损伤器件封装的前提下，检测金属框架和键合线的形态变化，评估是否存在框架变形或键合线异常等问题。

• 4. 静态电气特性测试

  通过图示仪对样品进行静态电气特性评估，检查其绝缘性能与基本电特性，初步判断失效可能发生的区域。

• 5. 直流多点测试

  在完成初步测试后，使用专用设备进一步验证样品的直流特性。测试标准参照量产产品的规格设定，以确保测试结果的准确性。

• 6. 样品开封处理

  在确认样品已失效后，开展开封解析工作，具体方式依据样品型号与失效位置分为以下两类：

  • 全部开封
    

    通过浸泡强酸混合液，去除样品外部的树脂封装，以暴露整个框架与键合结构。此方法便于整体观察，但样品将无法再次用于电性能测试。

  • 局部开封
    

    基于电气测试结果定位失效区域，仅对相应位置进行小范围开封。该方法适用于合金线产品，利用激光去除塑封体，并采用定制化学品完成局部解析。此方式可在不破坏键合线的前提下继续进行电性能测试。

• 7. 失效位置确认

  完成样品开封后，需进一步识别失效点及其表现形式，具体方法如下：

  • 对于芯片表面存在较大损坏的情况，通常使用光学显微镜进行观察。

  • 对于微小缺陷或键合线状态确认，则采用高倍显微镜或扫描电子显微镜。

  • 当常规显微手段无法识别时，可结合液晶热点检测与热成像技术。前者利用液晶在特定温度下结构变化的特性，通过施加电压识别漏电路径；后者通过红外热成像仪扫描芯片，基于发热差异定位失效点，并在报告中提供坏点显影图像。

• 8. 报告编制

  在完成无损与有损分析后，通常可根据失效现象推断失效模式。对于常见失效类型，可结合历史经验判断其成因，并提出针对性的改进建议。

本次讲解的失效解析流程到此结束。下一节将继续分享相关内容，敬请期待。