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嘉峪檢測網 2024-11-27 09:13
各階段常見的典型失效機理
前段制程（FEoL）常見的失效機理
1）與時間相關的電介質擊穿（TDDB）-- 柵極氧化物
2）熱載流子注入（HCI）
3）負偏壓溫度不穩定性（NBTI）
4）表面反轉（移動離子）
5）浮柵非易失性存儲器數據保持
6）局部電荷捕獲非易失性存儲器數據保持
7）相變（PCM）非易失性存儲器數據保持
后段制程（BEoL）常見的失效機理
1）與時間相關的電介質擊穿（TDDB）-- low k材質電介質/移動銅離子
2）鋁電遷移（Al EM）
3）銅電遷移（Cu EM）
4）鋁和銅腐蝕
5）鋁應力遷移（Al SM）
6）銅應力遷移（Cu SM）
封裝/界面常見的失效機理
1）因溫度循環和熱沖擊導致的疲勞失效
2）因溫度循環和熱沖擊導致的界面失效
3）因高溫導致的金屬間化合物和氧化失效
4）錫須
5）離子遷移動力學（PCB）--組件清潔度
本文對離子遷移動力學（PCB）--組件清潔度進行研究
在器件或PCBA制造過程中，每一步均會對產品的表面污染產生影響。在器件或PCBA上發現的離子殘留量主要可歸因于外部濕化學處理步驟。在集成電路模塑封裝工藝之后，引腳電鍍和沖洗步驟對引腳組件清潔度的影響最大。
通常，引腳電鍍的濕化學工藝為先采用甲磺酸（MSA）電解質標準進行錫和錫鉛表面處理的鍍覆，然后采用一個堿性中和步驟使酸發生反應，最后進行水洗清潔。這種濕化學工藝是決定集成電路組件清潔度的關鍵因素，如果甲磺酸（MSA）或者堿性中和劑未能完全去除，這些殘留物將會引發漏電和電化學遷移腐蝕問題。
阿倫尼烏斯模型：
大多數文獻是基于現象學而非基于模型的研究。然而，已發現一些數據支持銀（Ag）和鉬（Mo）遷移與溫度相關的阿倫尼烏斯（Arrhenius）模型。按照常理，大家預期離子遷移率與電場或電壓存在關聯，但獲取相關數據卻頗具難度。
離子清潔度預估示例：
目標：
計算加速條件下和正常使用條件下的銀離子遷移率加速因子（AF）。
假設條件：
1）正常使用條件為：50°C
2）加速條件為：60°C
3）表觀活化能Eaa：1.12eV
AF計算公式：
AF=exp[(Eaa/k)(1/Toffice–1/Taccel)=exp[(1.12eV/8.62x10–5eV/K)(1/(273+50)K–1/ (273+60)K)]=3.3
結論：由于溫度差異，從加速環境轉移到正常使用環境，AF為3.3倍。
按照IPC TM 650.2.3.28測試方法，通過離子色譜法在產品上發現的典型污染物有：甲磺酸（MSA）、氯化物、溴化物、硫酸鹽、磷酸鹽、鈉和氨。當這些污染物中的任何一種或者總體組合含量較高時，在環境溫度和濕度條件下，帶電組件就會出現高漏電和電化學遷移問題。因為這些離子污染物在潮濕空氣中以離子形式存在，具有極性，會在線路板上引起電化學效應（如果同時有電子存在的話）。
注：由于它們不能通過目檢發現，所以這種潛在危險尤其需要重視。這些離子污染物主要來源于電鍍、波峰焊、回流焊和化學清潔等工藝，如助焊劑殘留、電離表面活化劑、乙醇、氨基乙醇和人體汗液等污染形式。
由于目前PCBA行業60~75%采用免清洗組裝技術方法，采用免清洗組裝工藝時，不會在組裝后進行清洗以去除任何有害殘留物，所以元器件清潔度比以往任何時候都更為關鍵。如果元器件腐蝕性/吸濕性殘留物含量高，那么在焊接操作之后，這些殘留物的含量仍然很高。
引用參考：
1、離子清潔度測試方法：離子清潔度常用的測試方法
2、樣品離子清潔度判定方法：離子清潔度判定方法
3、離子清潔度典型案例：典型案例
來源：Top Gun實驗室
