【功率器件】铝电极黑化详解【转载】

挽你眉间失效分析 2022-05-17 09:40:57 395阅读 举报

问题提出:

        好多客户反馈功率器件做完可靠性试验后DPA检查,内部电极铝PAD严重变黑,特别是IOL、TC等温度变化试验变黑尤其严重,这种情况算不算试验不合格?会不会影响键合质量?对器件有没有潜在质量隐患?


原因分析:

     1、无损检查通常可见异常器件超声扫描结果很大几率存在芯片表面分层现象。X光及外观未见明显异常。


2、对开封的样品外观进一步放大检查,可见变黑表面粗糙度值升高。扫描电镜进一步放大检查也可见表面出现凸起。成份分析可见表面出现氧化严重。

PS:

      通常分析到这里,咱们好多工程师会认为是不是可以结案了呢?器件芯片表面与塑封料分层,气密性变差,铝层表面氧化,氧化铝造成表面粗糙,显微镜下反光进不到目镜造成表面变暗。

      我们进一步分析~~~~

 

        3、对铝层进一步切片及离子抛光后检查,可见铝层表面出现凸凹不平整结构。成份检测氧化只出现在铝层表面,铝层内部未见成份异常。

根因分析:金属化重建

        综合以上分析结果,可见铝层内部结构已经出现变化。结合该现象总是与温度类(高低温)试验伴随出现,我们查阅资料后确认此现象与集成电路中出现的表面金属化重建一致。

   由于硅与铝有不同的热膨胀系数(硅基芯片随温度升高扩张为2~4ppm/K, 金属铝为23.5ppm/K)。可见铝层在温度升高阶段会承受来自硅基芯片的压缩应力,此周期性压应力会在铝层弹性超过极限时导致粒子间的塑性变形(通常这种情况的结温>110℃),塑性变形进而导致了单个粒子的外突,最终导致表面粗糙无光泽。同时温度降低阶段存在拉伸应力,此拉伸应力如果超过弹性限度会导致空化效应晶界,通常会表现为电阻增加。

        结合本案样品情况,进一步分析可见试验后铝层厚度已经出现变厚现象(测量可见增长约10%),这也进一步证明了铝层出现了金属化重建。

潜在隐患:

        金属化重建主要降低了铝层密度,因此理论上会增加铝层电阻值,降低器件承受浪涌电流的能力。这点在可靠性试验后需重点关注(测试合格的产品还是可以正常使用,因为重建的严重程度主要随可靠性试验条件正相关)

        但是该铝层重建现象在有物质覆盖时会被抑制(文章最初可见钝化层覆盖位置没有变黑现象),因此键合位置影响很小。试验后只需关注键合测试结果是否合格即可。


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作者:挽你眉间
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来源:失效分析
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