常見的IC失效模式:靜電損傷、金屬電遷移、芯片粘結失效、過電應力損失、金屬疲勞、熱應力、電遷移失效、物理損傷失效、塑料封裝失效、引線鍵合失效。說到MLCC失效原因,在產(chǎn)品正常使用情況下,失效的根本原因是MLCC 外部或內(nèi)部存在如開裂、孔洞、分層等各種微觀缺陷。這些缺陷直接影響到MLCC產(chǎn)品的電性能、可靠性,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來嚴重的隱患。
外部因素:裂紋
1.溫度沖擊裂紋(Thermal Crack)
主要由于器件在焊接特別是波峰焊時承受溫度沖擊所致,不當返修也是導致溫度沖擊裂紋的重要原因。
2. 機械應力裂紋(Flex Crack)
MLCC的特點是能夠承受較大的壓應力,但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導致器件開裂。常見應力源有:貼片對中,工藝過程中電路板操作;流轉過程中的人、設備、重力等因素;通孔元器件插入;電路測試、單板分割;電路板安裝;電路板定位鉚接;螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于器件上下金屬化端,沿45℃角向器件內(nèi)部擴展。該類缺陷也是實際發(fā)生最多的一種類型缺陷。
內(nèi)部因素:空洞、裂紋、分層
1.陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞 (Voids)
導致空洞產(chǎn)生的主要因素為陶瓷粉料內(nèi)的有機或無機污染,燒結過程控制不當?shù)取?斩吹漠a(chǎn)生極易導致漏電,而漏電又導致器件內(nèi)部局部發(fā)熱,進一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能從而導致漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生,不斷惡化,嚴重時導致多層陶瓷電容器開裂、爆炸,甚至燃燒等嚴重后果。
2.燒結裂紋 (Firing Crack)
燒結裂紋常起源于一端電極,沿垂直方向擴展。主要原因與燒結過程中的冷卻速度有關,裂紋和危害與空洞相仿。
3.分層 (Delamination)
多層陶瓷電容器(MLCC)的燒結為多層材料堆疊共燒。燒結溫度可以高達1000℃以上。層間結合力不強,燒結過程中內(nèi)部污染物揮發(fā),燒結工藝控制不當都可能導致分層的發(fā)生。分層和空洞、裂紋的危害相仿,為重要的多層陶瓷電容器內(nèi)在缺陷。
對于外部缺陷,通常采用顯微鏡下人工目測法或自動外觀分選設備。而內(nèi)部微小缺陷一直是MLCC檢測的難點之一,它嚴重影響到產(chǎn)品的可靠性,卻又難以發(fā)現(xiàn)。超聲波探傷方法能夠更精確地檢測出MLCC內(nèi)部的缺陷,從而分選出不良品,提高MLCC的擊穿電壓與高壓可靠性。
利用超聲波的穿透與反射(表面波和底波)的特性來檢測物體中的缺陷。采用超聲波探傷儀能準確地找出有缺陷的MLCC 產(chǎn)內(nèi)部微缺陷,并且能夠確定缺陷的位置,進一步的磨片分析,對于發(fā)現(xiàn)有內(nèi)部缺陷的產(chǎn)品則采用整批報廢處理,表明了超聲波探傷方法在MLCC內(nèi)部缺陷的檢測、判定上的有效性與可靠性。
正常樣品:樣品掃描照片整體顏色為綠黃色,表示樣品本體顯示正常。部分樣品邊緣出現(xiàn)紅藍色,是由于樣品邊緣表面高度不均勻造成,屬于正?,F(xiàn)象。
異常樣品:樣品本體顏色會出現(xiàn)紅藍色,則會再次對可疑樣品進行掃描確認。
失效分析方法
01電特性測試:通常應用于失效分析初步階段,目的是通過掌握樣品電參數(shù)或功能失效狀況,方便為進一步分析作準備。
02觀察量測:通過觀察IC外部/內(nèi)部外觀&結構,確認IC異常位置及具體狀況。該類測試一般與DPA(即破壞性物理分析)結合使用。
03DPA破壞性測試:通過液體侵蝕、機械破壞、激光切割等破壞方式,對IC內(nèi)部具體失效位置進行定位及呈現(xiàn)。
04可靠度測試:是通過使用各種環(huán)境試驗設備,模擬氣候環(huán)境中的高溫、低溫、高溫高濕以及溫度變化等情況,驗證IC壽命及性能穩(wěn)定性。
總結,失效分析對產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用都具有重要的意義,通過分析工藝廢次品、早期失效、試驗失效、中試失效以及現(xiàn)場失效的樣品,確認失效模式、分析失效機理,明確失效原因,最終給出預防對策,減少或避免失效的再次發(fā)生。