震驚！這會引起芯片內(nèi)部出現(xiàn)EOS燒毀

 

引言

 

某汽車電子水泵驅(qū)動(dòng)控制單元出現(xiàn)失效，經(jīng)定位分析為失效芯片的pin17、pin20管腳對地出現(xiàn)短路，現(xiàn)分析其失效原因。

 

測試分析

 

1 外觀檢查

 

對失效件上的NG芯片進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)NG芯片表面無明顯裂紋，引腳處無明顯連錫等異常。

 

2 半導(dǎo)體特性測試

 

對NG芯片進(jìn)行在板的半導(dǎo)體特性測試，發(fā)現(xiàn)NG芯片主要表現(xiàn)為pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路，pin30 (VDDA)對pin31(VSSA)短路。（紅線為失效芯片曲線，藍(lán)線為OK芯片曲線）

 

圖1 失效件上NG芯片管腳半導(dǎo)體特性

(藍(lán)色為正常芯片，紅色為失效芯片)

 

3 界面超聲掃描

 

對失效件上的NG芯片進(jìn)行界面超聲掃描；掃描結(jié)果顯示失效件上的NG芯片表面存在分層現(xiàn)象。

 

 

4 無損透視檢查

 

利用X-ray觀察失效芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，觀察結(jié)果顯示芯片內(nèi)部鍵合無明顯異常，芯片粘接銀漿無明顯過高等異?，F(xiàn)象。

 

圖4 失效件上NG芯片無損透視檢查形貌

 

5 CT掃描

 

對取下的NG芯片進(jìn)行CT 3D掃描然后虛擬重構(gòu)，掃描結(jié)果顯示失效件上的NG芯片pin17管腳處有疑似異常，異常位置與界面超聲掃描結(jié)果一致。

 

 

6 開封觀察

 

為確認(rèn)NG芯片內(nèi)部是否有燒毀，對失效件的NG芯片及功能正常ECU上的OK芯片進(jìn)行開封。

開封結(jié)果顯示：

（1）失效件上的NG芯片存在燒毀，芯片燒毀的區(qū)域位于pin17~pin20，pin63管腳位置，pin17管腳定義為VDDX2，pin20管腳定義為VDD、pin63為VSSX1，燒毀位置與在板現(xiàn)象一致，即pin17、pin20對地短路。

（2）失效件上的NG芯片燒毀區(qū)域分散，且為VDD與VSS之間，為EOS燒毀的典型形貌。

 

圖7 失效件上NG芯片表面形貌

 

7 模擬試驗(yàn)

 

前面分析可知芯片燒毀為EOS過電燒毀，通過對NG芯片周邊電路的分析可知，NG芯片出現(xiàn)EOS燒毀可能的原因?yàn)椋篞4三極管飽和導(dǎo)通，CE極間壓降為零點(diǎn)幾伏。現(xiàn)對功能正常單板做以下模擬試驗(yàn)。

 

7.1 模擬試驗(yàn)1:

對芯片pin62、pin63之間進(jìn)行上電模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pin62(VDDX1)、pin63（VSSX1）之間電壓達(dá)到14V時(shí)，直流電源輸出電流急劇增加，Q4三極管出現(xiàn)燒毀，測量芯片pin62與pin63之間出現(xiàn)了短路現(xiàn)象。

對模擬試驗(yàn)后芯片進(jìn)行半導(dǎo)體特性測試及開封觀察，半導(dǎo)體特性測試發(fā)現(xiàn)芯片模擬試驗(yàn)后pin17（VDDX2）、pin20(VDD)與pin19(VSS2)之間短路，與失效件的現(xiàn)象一致;開封觀察發(fā)現(xiàn)模擬試驗(yàn)1后芯片燒毀區(qū)域與失效件上的芯片一致，形貌大致相同，說明失效件上的芯片為過電壓燒毀。

 

圖8 模擬試驗(yàn)1后芯片半導(dǎo)體特性

 

圖9 模擬試驗(yàn)1后芯片開封形貌

 

對失效件上的Q4三極管進(jìn)行半導(dǎo)體特性測試及無損透檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）失效件上的Q4三極管B-C管腳短路，且C-E管腳鍵合絲斷裂，說明失效件上Q4因過流導(dǎo)致的失效，因此推斷Q4失效的原因可能是M芯片由于過壓燒毀后，導(dǎo)致導(dǎo)通的Q4引腳流過大電流，最終導(dǎo)致Q4失效。

（2）失效件上的Q4進(jìn)行開封觀察，觀察結(jié)果顯示：Q4三極管晶圓出現(xiàn)燒毀，鍵合絲斷裂。

 

圖10 失效件上的Q4三極管半導(dǎo)體特性

 

 

圖13 失效件上Q4三極管開封形貌

 

7.2 模擬試驗(yàn)2:

由模擬試驗(yàn)1推斷Q4三極管飽和導(dǎo)通導(dǎo)致芯片pin62管腳出現(xiàn)過壓，pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路燒毀，且芯片燒毀位置、形貌與失效件上的芯片基本一致，因此將功能正常ECU上Q4的B-C管腳短接制造Q4三極管飽和導(dǎo)通。

模擬結(jié)果顯示：

（1）模擬后Q4的鍵合絲斷裂，晶圓燒毀形貌與失效件上Q4基本一致，但管腳間的半導(dǎo)體特性與NG Q4存在差異。

（2）芯片pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路，芯片燒毀區(qū)域與NG 芯片基本一致。

 

圖14 正常ECU模擬試驗(yàn)2后Q4半導(dǎo)體特性

 

圖15 模擬試驗(yàn)2后芯片半導(dǎo)體特性

 

 

圖18 模擬試驗(yàn)2后芯片開封形貌

 

結(jié)論

 

NG芯片失效的原因?yàn)樾酒瑑?nèi)部出現(xiàn)了EOS燒毀，根本原因可能與ECU上Q4三極管的出現(xiàn)異常飽和導(dǎo)通有關(guān)。

 

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