Genel olarak, yarı iletken cihazların geliştirilmesi, üretimi ve kullanımında küçük bir arızayı önlemek zordur. Ürün kalite gereksinimlerinin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, arıza analizi giderek daha önemli hale gelmektedir. Belirli arızalı çiplerin analizi, devre tasarımcılarının cihaz tasarımındaki kusurları, proses parametrelerindeki uyumsuzluğu, çevresel devrelerin mantıksız tasarımını veya sorunun neden olduğu hatalı çalışmayı tespit etmelerine yardımcı olabilir. Yarı iletken cihazlarda arıza analizinin gerekliliği temel olarak aşağıdaki hususlarda ortaya çıkar:
(1) Arıza analizi, cihaz çipinin arıza mekanizmasını belirlemek için gerekli bir araçtır;
(2) Arıza analizi, etkili arıza teşhisi için gerekli temeli ve bilgiyi sağlar;
(3) Arıza analizi, tasarım mühendislerinin çip tasarımını sürekli olarak iyileştirmeleri veya onarmaları ve tasarım spesifikasyonlarına uygun olarak daha makul hale getirmeleri için gerekli geri bildirim bilgilerini sağlar;
(4) Arıza analizi, üretim testi için gerekli tamamlayıcıyı sağlayabilir ve doğrulama test sürecinin optimizasyonu için gerekli bilgi temelini sağlayabilir.
Yarı iletken diyotların, ses devrelerinin veya entegre devrelerin arıza analizi için öncelikle elektriksel parametreler test edilmeli ve optik mikroskop altında görünüm incelemesinin ardından ambalaj çıkarılmalıdır. Çipin işlevselliğinin bütünlüğü korunurken, bir sonraki analiz aşamasına hazırlık amacıyla iç ve dış bağlantılar, bağlantı noktaları ve çipin yüzeyi mümkün olduğunca korunmalıdır.
Taramalı elektron mikroskobu ve enerji spektrumu kullanılarak yapılan bu analiz: mikroskobik morfolojinin gözlenmesi, arıza noktası arama, kusur noktası gözlemi ve yeri, cihazın mikroskobik geometri boyutunun ve pürüzlü yüzey potansiyel dağılımının doğru ölçümü ve dijital kapı devresinin mantık yargısı (voltaj kontrast görüntü yöntemi ile) dahil; Bu analizi yapmak için enerji spektrometresi veya spektrometre kullanılır: mikroskobik element kompozisyon analizi, malzeme yapısı veya kirletici analizi.
01. Yarı iletken cihazların yüzey kusurları ve yanıkları
Yarı iletken aygıtlarda yüzey kusurları ve yanma, Şekil 1'de gösterildiği gibi, entegre devrenin saflaştırılmış katmanının kusuru olan, her ikisi de yaygın arıza modlarıdır.
Şekil 2’de entegre devrenin metalize tabakasının yüzey kusuru görülmektedir.
Şekil 3'te entegre devrenin iki metal şeridi arasındaki arıza kanalı gösterilmektedir.
Şekil 4'te mikrodalga cihazındaki hava köprüsünde metal şerit çökmesi ve eğik deformasyonu gösterilmektedir.
Şekil 5'te mikrodalga tüpünün ızgara yanması gösterilmektedir.
Şekil 6'da entegre elektrik metalize telinin mekanik hasarı gösterilmektedir.
Şekil 7'de mesa diyot çipinin açılması ve arızası gösterilmektedir.
Şekil 8’de entegre devrenin girişindeki koruyucu diyotun bozulması gösterilmektedir.
Şekil 9’da entegre devre çipinin yüzeyinin mekanik darbe sonucu hasar gördüğü görülmektedir.
Şekil 10'da entegre devre çipinin kısmi yanması gösterilmektedir.
Şekil 11'de diyot çipinin parçalandığı ve ciddi şekilde yandığı, parçalanma noktalarının ise erime durumuna geçtiği görülmektedir.
Şekil 12'de yanmış galyum nitrür mikrodalga güç tüpü çipi gösterilmektedir ve yanma noktası erimiş püskürtme durumunu göstermektedir.
02. Elektrostatik arıza
Yarı iletken cihazlar, üretimden paketlemeye, nakliyeden devre kartına yerleştirmeye, kaynaklamaya, makine montajına ve diğer işlemlere kadar statik elektrik tehdidi altındadır. Bu süreçte, sık sık hareket etme ve dış dünyanın ürettiği statik elektriğe kolayca maruz kalma nedeniyle nakliye sırasında hasar meydana gelir. Bu nedenle, kayıpları azaltmak için iletim ve nakliye sırasında elektrostatik korumaya özel dikkat gösterilmelidir.
Tek kutuplu MOS tüplü ve MOS entegre devreli yarı iletken cihazlarda, özellikle MOS tüplü cihazlarda, statik elektriğe karşı özellikle hassastır. Çünkü kendi giriş direnci çok yüksektir ve kapı-kaynak elektrot kapasitansı çok küçüktür. Bu nedenle, harici elektromanyetik alan veya elektrostatik indüksiyondan etkilenip şarj olması çok kolaydır. Elektrostatik oluşum nedeniyle, şarjın zamanında deşarj edilmesi zordur. Bu nedenle, statik elektriğin birikmesi ve cihazın anında bozulması kolaydır. Elektrostatik bozulmanın şekli esas olarak elektriksel olarak karmaşık bir bozulmadır; yani, ızgaranın ince oksit tabakası kırılarak, ızgara ile kaynak veya ızgara ile drenaj arasındaki boşluğu kısa devre yapan bir iğne deliği oluşturur.
MOS tüplü MOS entegre devresinin antistatik arıza kabiliyeti nispeten daha iyidir, çünkü MOS entegre devresinin giriş terminali koruyucu diyotla donatılmıştır. Çoğu koruyucu diyota yüksek bir elektrostatik voltaj veya ani voltaj geldiğinde, koruyucu diyotlar toprağa bağlanabilir, ancak voltaj çok yüksekse veya anlık amplifikasyon akımı çok büyükse, Şekil 8'de gösterildiği gibi, bazen koruyucu diyotlar kendiliğinden devre dışı kalır.
Şekil 13'te gösterilen çeşitli resimler, MOS entegre devresinin elektrostatik bozulma topografisini göstermektedir. Bozulma noktası küçük ve derin olup, erimiş püskürtme durumunu göstermektedir.
Şekil 14'te bir bilgisayar sabit diskinin manyetik başlığının elektrostatik bozulmasının görünümü gösterilmektedir.
Gönderi zamanı: 08 Temmuz 2023
