元器件的失效分析是一件讓人撓頭的事情。作為器件的使用工程師,對其內部的構造、工藝、材料特性并不是十分的了解,導致眼睜睜的瞅著一個案發現場,卻無從查起。實際上,再狡猾的狐貍都會留下蛛絲馬跡,再狡猾的獵物也斗不過好獵手。只要用心,即使只有大學三年級末的電子水平,一樣可以分析出問題的成因來。本篇文章就是用器件EOS損傷為例來說明電應力對器件造成損傷的現象、成因、查找方法。
電損傷的應力分兩種,一種是電壓損傷(只有高壓,很小電流,比較極端的電壓損傷就是ESD靜電損傷),一種是電流損傷(有過載大電流,一般會伴隨著電壓)。
純粹的電壓損傷,猶如針灸,把針燒熱后穿刺穴位,刺穿的霎那,會有刺痛的感覺,但針抽出來后,靜觀皮膚,卻無明顯傷痕。但是在針刺附近用手使勁擠壓肉皮,可能會有血滴滲出,器件損傷同理。其特征總結為:有損傷,但無明顯外傷。若遇到器件已然故障,外觀上卻無任何特征,聞器件也無燒灼后的輕微焦糊味,則可首先懷疑是瞬間的高電壓小電流損傷。當然,后續可輔助用測量端口特性阻抗曲線的方式進行深入分析,以確定具體損壞的是哪個管腳,壞到了什幺程度。
電流損傷則不然,電流損傷的本質是熱損傷,電流本身并不會導致損壞,而是電流流過的路徑上有電阻,電流流經電阻后產生熱量Q=I2R,熱量散發的速度趕不上熱量產生的速度,溫度就會逐步升高,以致于達到燒壞損傷的溫度,就燒毀了。所以,電流損傷一定會有燒的痕跡,當然有的時候是在芯片的內部,這時候只能靠聞了。聞不到,用肉眼在外部又看不到,就不能簡單粗暴的下結論說是電流損傷。
區別出電壓損傷和電流損傷的意義在于,為我們指明了一個故障根源的路徑。一部分電壓損傷可能會來自于空間擊穿,而電流損傷一般比較肯定是來自于導體,這樣可以順藤摸瓜,沿著導體摸下去,找到導電路徑中可能的過電流應力來源就是了。
另外一個就是電流損傷還分兩種,一種來自于瞬間的突發電流應力,一種來自于持續的電流應力。前者的故障現象是爆裂炸開的現象,后者是輕微裂開或變性的現象。就好像烤雞翅,小火慢烤,外面不糊不焦,輕微泛黃變脆;大火烤翅,糊了吧唧,一塊一塊的糊斑。此處現象可意會不可言傳,我想表達的意思您懂得。這個分析也可以幫助我們查找應力的來源。
以上總結,純粹為個人經驗推理所為,不夠嚴謹,不求放之四海而皆準,參考者慎之慎之。
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