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EOS/ESD每个电子制造工程师都面临的问题,来听听老师傅怎么说(图文)

时间:2022-06-08 07:07:22 作者:我的果果超可爱 阅读:
ESD EOS问题如何解决,又有哪些值得注意的地方?人机台和物料究竟哪个更容易发生问题。
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在电子制造行业中,每个从事电子器件生产制造的工程师对于自家不同类型的产品失效模型都能罗列出一大堆。像是一些分立器件最常见的便是铜线键合的失效和贴装时的崩角;Filp-Chip倒装芯片的焊点短路(solder brige)和底部填充空洞;再到先进封装的TSV(硅通孔)对位问题,每个工程师都能给你聊上半天,然而对于最棘手最头疼的问题,有一多半的人都会和你讲----ESD静电击穿。

在品控界有一个流传很广的段子,遇事不决,量子力学;芯片失效,往ESD靠。据不完全统计,在芯片封装的流程中,EOS(Electrical Over Stress)与 ESD(Electrical Static Discharge)造成的集成电路失效约占现场失效器件总数的50%,并且随之而来的可靠性问题更是让QA闻风丧胆。

芯片键合失效之焊点脱焊(图源:网络)

EOS失效究竟是什么

通常工程师在做RMA失效分析时,都会和客户询问最先得到的失效模式是什么,一上电就失效,还是压根就不能点亮。通常根据失效的现象往回倒退会有着事半功倍的效果,而真正搞清楚芯片失效的具体原因是EOS还是ESD就要看具体的食物现象了。

EOS全称Electrical Over Stress,通常称为电应力失效,一般多在测试环节发生。芯片封装好会经过复杂严格的测试环节,过压、过流、高低温等测试都会让芯片暴露出先天不良来剔除筛选掉不满足要求的芯片。这里还有一个芯片品控界广为流传的“浴盆曲线”模型:很多由于电路结构、芯片内部制造和封装造成的种种问题会在早期暴露出来,而到了芯片真正正常工作阶段反而故障率较低,随着使用寿命的逐渐推移,芯片又开始暴露出诸多问题。所以芯片的终测就是施加电应力的一种形式,通过各种条件各种环境下的测试,来筛选出出厂体质完好的芯片。

浴盆曲线(图源:网络)

而从客户手上退回的RMA芯片EOS占比也是不少的,其常见的物理层表现多为氧化层、金属层大面积熔融,外部铜线、金线烧毁,更有甚者封装体碳化焦糊。基本都是由于过压或者过流造成局部过热效应,然后持续在数毫秒到几秒内,累计的热量将多处部位烧坏,基本上在pFA开盖分析时能明显看出融毁的表现。

常见EOS失效模式图(图源:网络)

ESD又是什么呢

ESD(Electrical Static Discharge)静电放电,通常这种损伤有突发性损伤和潜在性损伤两种。所谓突发性损伤,指的是器件被严重损坏,功能丧失。这种损伤通常能够在生产过程中的质量检测中能够发现,因此给工厂带来的主要是返工维修的成本。而潜在性损伤指的是器件部分被损,功能尚未丧失,且在生产过程的检测中不能发现,但在使用当中会使产品变得不稳定,时好时坏,因而对产品质量构成更大的危害,其中潜在性失效占据了90%,突发性失效只占10%。

在实际芯片制造和生产过程中,物料所接触的各种类型机台都会有严格的接地阻抗、摩擦接触静电电压等测试,并且在对于不同操作员接触物料时还要佩戴静电手环、在对应静电绝缘垫上操作等严苛要求,所以我们大体可以总结成四类主要的ESD模型:人体放电、机器放电、器件带电放电模型和包装材料(不同器件不尽相同),ESD的危险性由低到高为:HBM<MM<CDM。

器件放电ESD模型(图源:网络)

器件测试失效不可怕,潜在损伤才致命

在我接触过的器件制造和封装等站别的工程师中,不止一个老师傅向我提起以前碰见的大“case”,像是什么五十片晶圆做错了,三十个lot崩角少打线了等等。然后当我问起印象最最深刻的得到的回答却是出了几百k的货测试的良率一切正常,客户上板子用了半个月到三个月陆陆续续有几十起失效的RMA,当我们把整个物料的process Mapping梳理后,发现所有的有问题的都来自于同一个测试机台。我那时就知道这台机器ESD出了问题,还是最头疼的潜在损伤。

并且在退回的物料经过pFA开盖分析后,也发现在供电和一个接地焊点附近的内部有大小不同的金属层熔融

金属层击穿和熔融(图源:网络)

经过缜密排查和数个DOE验证测试后,这台测试机器里面的板子和其他机台些许不同,供电控制的电源板是上一代机型的,而其他同型号机台用的是比这个板子还先进一代的板子。大家揪着这个发现也询问了设备原厂,原厂答复也很笼统,将近十年的老机器早已经过了质保,并且当时负责的工程师早就离职跳槽了,公司五年前就没有这种型号的机台生产,现在全部都用价格更贵性能更高的新一代设备。大家对于这块板子的怀疑没有得到原厂的解答,况且人家根本不可能承认。自己又联系设备把这块板子换在别的机台上实验,做了好几批料全是没问题的,可靠性什么全都没问题,问题根本复现不了。

用老师傅的话简单概括就是,我们就在那一段时间内做了那一波物料发生了问题,此后我们拆了机台再想复现就复现不了。后来解决方案就是把这台机器不做这种料了,此后两年也没发现任何问题。有些时候工程师并不是科学家,不会把问题刨根问底,会用最少的资源做最合适的决定,把事情理顺把企业做好。我到现在还记得当时给我传授的经验,遇到琢磨不透的问题就去试验,用结果倒推,虽然可能原理说不通,但是已经做了一个工程师所能做的,虽然最后结果看起来像是“逃避”,可这不失为一种万无一失的好方法,那么谁这一辈子又能全知全能呢?

责编:我的果果超可爱

参考:

干货 | 集成电路EOS/ESD,如何把控?----搜狐

ESD ----Wiki

什么是浴盆曲线?

责编:Raylei
本文为EET电子工程专辑原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
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