引起产品开短路的原因

引起产品开短路的可能原因摘要：本文根据实际分析中发现的一些封装上的引起开短路的情况，以及参考一些失效分析的资料，试图对引起开短路的各种可能原因作一归纳，以供分析中参考。关键词：开短路，芯片，封装体。引言半导体产品在封装，测试和使用过程中，由于各种因素诸如芯片制造工艺，芯片本身性能，封装工艺，测试过程和生产使用环境，材料的影响，产品会出现失效现象，表现为功能失效，参数漂移和开短路。开短路是产品失效的重要因素，本文就工作中发现的各种异常现象结合一些资料，将各种引起开短路的可能原因作一些归纳。一，封装工艺控制不当引起的开短路主要表现为断丝，塌丝，碰丝，内引脚相碰，点脱，球脱，球漂，球浮，占封装引起开短路异常原因的90%以上。工艺上一般主要是由于产品受震动过大，产品跌落，注射压力过大，排片手势不当引起产品与产品相碰，引线框来料异常，化学性腐蚀导致内管脚断或芯片压区铝层受损，金球浮起。对于金丝断裂但无任何金丝弧度异常的产品，如果断口有明显擦痕则产品是由于金丝受外力引起擦断，断口处如光滑圆润或呈小球形则有可能是烧坏；球焊不良，球焊时所用的力，热，电控制不良造成弹坑（芯片有效区硅层受损）或球铺（球形不良），球与压区铝层分离，金球相碰，第二点拉断，拉脱，金球根部断裂；外形不良，管脚未切断，电镀搭锡或管脚间异物沾污致管脚间短路；测试时误判，如金手指变形，产品管脚变形致接触不良，产品方向放反，测试程序问题；内管脚拉出树脂体，装片导电胶太多逸出致管脚间异常导通。二，封装工艺以外的产品的开短路原因这些原因单靠目前我司常规分析发现不了的，要靠专门仪器。1，芯片表面水汽吸附或环境中的腐蚀性气体吸附。我司的模塑封装属非气密性封装。环境中的不良气氛如电镀间的酸气或酸水，水汽等从塑封料表面，塑封料与引线条交界处进入封装体内，封装体越薄愈易穿透，然后凝结或积聚于芯片和芯片焊接块上，遇到高温时凝结的潮气体积急剧膨胀，会拉断金丝，或酸气对引线条腐蚀而断丝，或使金属化层受腐蚀。2，钝化层------芯片表面的一层很薄的透明或半透明的绝缘介质薄膜。它可以是二氧化硅，氮化硅，或聚酰亚胺，它起到保护芯片，绝缘和隔离不良气氛的作用。当它破裂时芯片金属化层抗电迁移能力差，而发生电迁移后铝线之间会短路，或铝线会开路。并且钝化层损伤后下面的金属化层露出，一旦芯片表面有外来金属导电物则会使芯片不同区域之间短路。3，芯片氧化层缺陷。芯片表面有各种颜色的部份就是芯片氧化层。颜色不同，表面氧化层厚度不同。它的作用是作为芯片制作过程中杂质扩散的掩蔽层，表面表护和钝化层。它的主要不良是针孔，当半导体产品属单层布线时进入针孔的金属膜会与硅片相连，对于双层或多层布线时导致层与层之间金属膜相连，如果针孔位于基极或发射极廷伸电极下时会引起器件短路或低击穿。氧化层另一个主要缺陷是断裂，断裂后表面金属连线会与衬底短路。4，内应力。所谓内应力指物体受力变形时物体内部各部份之间产生的相互作用的内力，以抵抗此外力的作用并力图使物体从变形后的位置回复到变形以前的位置。它一般累积后瞬时和突然发生，分为机械应力（冲击，震动，形变，疲劳，断裂，蠕变等），热应力（内部，外部），电应力，辐射应力（阿尔发粒子和宇宙射线），化学应力。当芯片应力释放时会使芯片产生机械结构变化，使芯片产生断裂，金属化层断裂或金丝脱落，使产品开路。5、电迁移芯片工作时芯片铝条中有电流通过时，铝离子会向电子流方向传输，时间久了，铝条中产生空洞，空洞聚集越变越大造成断路，而铝条上也会因电迁移产生晶须使相邻铝条间短路，铝线1晶须相连短路铝线2空洞聚集开路而电化学腐蚀，铝膜损伤，铝线台阶处损伤都会使铝线断裂造成开路。6、铝硅共熔铝与SiO2反应4Al+3SiO22Al2O3+3Si铝穿透此氧化层，然后硅向铝中溶解，硅中留下空位，(铝在硅中溶解很小可忽略)铝便会落入其中穿透PN结形成短路。7、金属间化合物如果器件铝金属膜上有水汽，酸碱之类的污染，通电时铝膜产生电化反应，产生白色的絮状物Al(OH)3，它是绝缘物，会使铝膜断条;有时压区下面有此物后金球与下面接触不良从而开路。8、芯片焊接疲劳对于导电胶粘结，内部有空洞或Ag被氧化，或Ag2O没充分还原，导致接触电阻大，而开路；对于共晶粘结，如烧结温度不高底盘不干净，Sn-Sb片沾润不好，会形成微裂纹的疏松结构，反向击穿电压，器件失效，对于Sn-Pb合金烧结Sn-Pb焊料严重氧化，管芯与管座脱落。这些都会造成开路。9、热不匹配各种材料间热膨胀系数不匹配，如导电胶与芯片，导电胶与基材，芯片与树脂体，当产品在加热与冷却的循环过程中,特别是温差很大或温度变化时间短的情况下，各材料间产生剥离，分层等现象，导致金丝脱落，芯片裂缝，芯片脱落，水汽易侵入等从而导致产品开路。10、外来异物如金属多余物（残留金丝）或半导体多余物（划片残留硅屑）会导致电路不同部位之间（主要指未被钝化层覆盖的工作材料上）短路，尺寸和重量比较大的非金属等多余物在振动情况下可能会导致键合金丝移位或断丝，引起开短路。11、氧化层台阶处金属膜断路由于蒸铝过程中铝膜的掩蔽效应造成氧化层台阶上铝膜断路。图中阴面铝蒸发层往往很薄，电流密度高，温度也高，是明显的热点，易形成迁移缺陷。造成开路现象。入射角SiO2阴面阳面法线方向总结：开短路的原因很多，对于封装企业由于分析设备手段有限，只要能发现常见的失效机理也就不错了，也就是上面第一部份中的内容。对于芯片设计，制造或微电子研究部门，就要作更进一步的研究，这要配制很多设备仪器。不管对于哪个部门只要有利于自已工作的改善和产品质量的提高，能够取得效益，做到哪上步，做不到哪一步，就不是很重要的了。