引言

三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于通信產(chǎn)品、汽車(chē)控制電路和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。在整個(gè)BOM表中，三極管的價(jià)格相對(duì)低廉，其品控工作往往不被重視。但實(shí)例證明，很多產(chǎn)品級(jí)的故障，是三極管失效導(dǎo)致的。

三極管失效分析的目的是借助各種測(cè)試分析技術(shù)和分析程序確認(rèn)三極管的失效現(xiàn)象，分辨其失效模式和失效機(jī)理，確認(rèn)最終的失效原因，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝的建議，防止失效的重復(fù)出現(xiàn)，提高器件可靠性。

一、案例背景

某型號(hào)三極管在用戶(hù)端出現(xiàn)失效，表現(xiàn)為Q9輸出端電壓過(guò)低，電壓不足，電路無(wú)法啟動(dòng)。

現(xiàn)委托方提供1pc拆解下的失效三極管，2pcs測(cè)試正常三極管進(jìn)行分析，查找失效原因。

二、分析過(guò)程

1. 外觀檢查

對(duì)委托方提供的失效三極管、正常三極管進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)其表面是否存在明顯異常。

檢查結(jié)果顯示：失效三極管表面有比較明顯的助焊劑殘余，但未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印信息接近。

圖1. 失效三極管外觀檢查形貌

圖2. 正常三極管外觀檢查形貌

2. X-ray檢查

為確認(rèn)失效三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在明顯缺陷，對(duì)失效三極管、正常三極管進(jìn)行X-ray檢查。

結(jié)果顯示：失效三極管內(nèi)部鍵合區(qū)域有疑似異常，與正常三極管比較，整個(gè)三極管框架存在較大差異。

圖3. 失效三極管X-ray檢查形貌

圖4. 正常三極管X-ray檢查形貌

3. 失效現(xiàn)象確認(rèn)

為確認(rèn)失效三極管的失效現(xiàn)象，對(duì)比測(cè)試失效三極管、正常三極管引腳間的半導(dǎo)體特性。

測(cè)試結(jié)果顯示：失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性都表現(xiàn)為阻性，無(wú)明顯的三極管特性，與正常三極管引腳間的半導(dǎo)體特性存在較大差異，這是失效三極管在應(yīng)用中表面失效的原因。（紅線為失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性，藍(lán)線為正常三極管引腳間半導(dǎo)體特性。）

圖5. 引腳示意圖

圖6. 失效三極管、正常三極管引腳間半導(dǎo)體特性

4. 開(kāi)封觀察

為確認(rèn)失效三極管內(nèi)部是否存在明顯的異常，對(duì)失效三極管、正常三極管進(jìn)行開(kāi)封觀察。

開(kāi)封結(jié)果顯示：失效三極管的E極有明顯的燒毀現(xiàn)象，SEM形貌觀察發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有大量裂紋，正常三極管晶圓表面未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

圖7. 失效三極管開(kāi)封后形貌

圖8. 正常三極管開(kāi)封后形貌

5. 切片分析

為確認(rèn)失效三極管燒毀的可能原因，對(duì)其進(jìn)行切片分析。

切片結(jié)果顯示：

（1）第一次切片發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有明顯裂紋，但底部晶圓區(qū)填充了粘接的銀漿，推測(cè)該區(qū)域的晶圓有缺陷現(xiàn)象；

（2）繼續(xù)切片后發(fā)現(xiàn)，燒毀區(qū)域消失，但晶圓中間部位及底部區(qū)域仍有裂紋，推測(cè)是裂紋引起的晶圓燒毀；從底部的形貌上觀察，晶圓有大量缺失，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說(shuō)明在粘接晶圓時(shí)，晶圓本身就存在缺失及裂紋，因此晶圓本身存在質(zhì)量缺陷。

圖9. 切片方向示意圖

圖10. 失效三極管第一次切片形貌

圖11. 失效三極管繼續(xù)切片后形貌

三、綜合分析

本案件為三極管在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)失效，通過(guò)外觀檢查、X-ray檢查、失效現(xiàn)象確認(rèn)、開(kāi)封觀察、切片分析等測(cè)試后發(fā)現(xiàn)：

（1）失效三極管外觀除存在少量助焊劑殘余外未發(fā)現(xiàn)裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印比較接近；X-ray檢查發(fā)現(xiàn)失效三極管鍵合區(qū)域有疑似異常，經(jīng)后續(xù)分析確認(rèn)該位置為燒毀；

（2）通過(guò)引腳間的半導(dǎo)體特性測(cè)試，確認(rèn)失效三極管引腳間半導(dǎo)體特性都為阻性，無(wú)三極管特性，這是三極管在電路中不能作用的原因；通過(guò)開(kāi)封觀察，發(fā)現(xiàn)失效三極管晶圓存在明顯的燒毀及裂紋，燒毀主要集中在E極區(qū)域；

（3）為確認(rèn)三極管E極燒毀的可能原因，對(duì)失效三極管進(jìn)行切片分析，觀察燒毀區(qū)域的形貌；通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：

① 第一次切片發(fā)現(xiàn)燒毀區(qū)域有明顯的裂紋及燒毀，且晶圓底部有明顯的銀漿填充，說(shuō)明銀漿填充部位的晶圓有缺失現(xiàn)象；

② 繼續(xù)研磨后燒毀現(xiàn)象消失，但燒毀的其他區(qū)域裂紋依舊存在，說(shuō)明是裂紋導(dǎo)致的燒毀；而在晶圓底部有明顯缺失及裂紋，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說(shuō)明晶圓缺失及裂紋是在粘接晶圓時(shí)就存在的。

綜上所述：三極管失效的原因是晶圓本身存在裂紋和缺失，使用一段時(shí)間后裂紋擴(kuò)展到晶圓功能區(qū)導(dǎo)致三極管漏電，持續(xù)加電導(dǎo)致其燒毀。

四、結(jié)論與建議

1. 結(jié)論

三極管失效的原因?yàn)閮?nèi)部存在裂紋及燒毀，根本原因?yàn)槿龢O管本身存在質(zhì)量缺陷，在使用一段時(shí)間后燒毀失效。

2. 建議

加強(qiáng)來(lái)料品質(zhì)管控，以預(yù)防失效為目的，對(duì)該型號(hào)三極管開(kāi)展破壞性物理分析（DPA）。避免將有潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用后，造成更大損失。

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