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IC芯片失效分析发布时间:2019-11-19

金鉴实验室拥有一支经验丰富的LED失效分析技术团队,针对IC芯片导致的LED灯具失效,金鉴实验室拟定了多项IC芯片失效分析方案,重点研究芯片失效原因与机理,并提出后续预防与改进措施,有效帮助企业降低产品失效比例。


下面通过分享一则案例,快速了解金鉴IC芯片失效分析服务。

1 失效背景

客户反馈其生产的某批次灯具出现暗亮或不亮现象,对失效灯具多次点亮确认或点亮老化,可观察到失效灯具会出现时而异常,时而恢复正常。金鉴经多年探索总结出,对于这类偶发性失效现象,很可能是灯具驱动电路某处虚接触导致。 


2 分析过程简述

1)失效点确认

将未使用灯具电源IC芯片更换为失效样品的IC后进行点亮测试,未使用灯具出现暗亮失效异常,与送测失效样品现象一致,因此初步推断导致送测灯具失效点为IC失效异常。


2)电性能分析 - 串阻模拟试验

IC引脚处串加电阻可模拟IC键合线虚接触而引起的电阻升高。实验表明,GND引脚和CS引脚串电阻模拟可重现灯暗(降功率)失效现象,与送测灯具失效现象基本一致。但GND引脚在串1380Ω的电阻时还出现灯闪的现象,因此初步推断Rcs增加导致送测灯具失效的可能性最大。结合失效灯具存在可恢复的现象,因此初步怀疑为CS引脚与IC之间存在虚接处,受应力影响时,会导致Rcs增大,灯具变暗或灭;虚接触位置重新接触后,Rcs恢复,灯具恢复正常。

串电阻引脚

HV

Drain

GND

CS

电阻阻值1

600KΩ

910Ω

910Ω

910Ω

现象

正常

烧电阻

灯暗

灯暗

电阻阻值2

700KΩ

——

910Ω+470Ω

910Ω+910Ω

现象

灯灭

——

灯暗+灯闪

灯暗

对比失效现象

不符

不符

较符合

符合

1 模拟试验结果

3)红外热分布测试

灯具在AC220V/50Hz条件下通电稳定2小时,在温湿度为26.8/47.4%RH的环境下,使用显微热分布测试系统对灯具进行热分布测试。测得灯板表面温度及热分布如图1所示,灯板上IC温度约98.6℃,灯珠温度约100.0~108.2℃。

 

1 红外热分布测试结果

4)外观检查和X-Ray透视

对样品进行外观检查和X-Ray透视对比,未发现任何异常。

 

 

2 X-ray检测结果

5C-SAM检测

对送测IC样品进行C-SAM检测,可观察到NG1NG2NG4失效IC样品存在明显的剥离分层异常,NG3NG5和未使用的IC均未见有明显剥离分层异常。

 

3 C-SAM检测结果

6)切片+SEM

金相切片后SEM下观察是金鉴分析的重要手段。由图2可见,NG3-CS1位置的键合球和电极截面,可观察到焊球与电极间存在裂缝与孔洞。未使用ICCS1位置的焊球底部与电极金属结合良好,未见明显裂缝或孔洞异常。

4 ICCS1位置焊球接合处SEM


NG3-CS2位置焊球与电极结合面存在缝隙异常,部分焊球金属直接穿过铝层与Ti层接触。未使用ICCS2位置未见明显裂缝或孔洞异常。

     5 ICCS2位置焊球接合处SEM


NG3-GND位置可观察到焊球与电极边缘处存在缝隙,焊球底部与电极金属结合良好,未见明显裂缝或孔洞异常。未使用ICGND位置未见明显裂缝或孔洞异常。

    

6 ICGND位置焊球接合处SEM


 

7 键合球和电极截面层级分布


金鉴工程师分析得出,焊球底部存在裂缝和孔洞,会造成焊球键合不良,导致界面导电率和导热率急剧下降 ,界面电阻增大,并导致二者之间结合状态进一步恶化,连接强度下降,最终使键合球与芯片电极分离,从而造成接触VF升高,严重时开路死灯失效。


3 总结与结论

1.经失效确认,发现失效点为IC失效导致整灯异常。

2.串阻模拟试验表明,对GND引脚和CS引脚串电阻模拟可重现灯暗(降功率)失效现象。

3.对样品进行外观检查和X-Ray透视对比,未发现任何异常。

4. C-SAM检测分析发现,NG1NG2NG4存在剥离分层异常,NG3NG5未见有明显剥离分层异常。

5.切片+SEM分析,结果显示CS引脚的焊点与电极间存在裂缝和孔洞异常,即键合界面存在虚接,导致Rcs升高,最终使得整灯降功率变暗或死灯异常。


金鉴工程师指出,造成焊球虚焊的原因可能有:瓷嘴脏或磨损;瓷嘴固定位置太高;焊点不平;键合线污染;焊点被污染;参数设置不合理,如焊接功率、焊接压力、时间过小或者温度过低,导致金属未产生塑性变形。

虚焊的焊点会形成有接触电阻的连接状态,导致电路工作不正常,出现时好时坏的不稳定现象,噪声增加而没有规律性。此外,也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内,保持接触尚好,因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件作用下,接触表面逐步被氧化,接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热,局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化,最终甚至使焊点脱落,电路完全不能正常工作,导致灯具失效。

客户后续反馈,依据金鉴提供的改善建议,改善了IC芯片生产工艺后,灯具失效比例有效降低,实现了从根本上解决失效难题。

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