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作者：泰克科技技術(shù)大咖 _____ 半導體公司和半導體科研人員一直在尋求各種方式，來(lái)讓器件問(wèn)題發(fā)生在實(shí)驗室中，而不是發(fā)生在現場(chǎng)。故障分析(FA)工程師用了無(wú)數個(gè)小時(shí)，試圖了解器件為什么會(huì )發(fā)生故障，在將來(lái)怎樣才能防止故障。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因為許多器件用于關(guān)鍵事務(wù)型應用中，在這些應用中，正如阿波羅13號航天飛行首席飛控主任Gene Kranz所說(shuō)，“故障絕不能成為選項”。但器件故障卻經(jīng)常發(fā)生。 微電子故障分析是診斷器件發(fā)生的問(wèn)題所使用的主要分析方法之一，不管問(wèn)題出現在鑄造階段，還是出現在應用封裝使用時(shí)。半導體器件電氣故障可以是功能故障，也可以是參數故障。在器件不能實(shí)現預計功能時(shí)，這種故障視為功能故障。在器件不能達到可度量特點(diǎn)的電氣規范時(shí)，這種故障視為參數故障。泄漏電流是典型的參數故障，其可能與器件的功能無(wú)關(guān)。因此，即使器件功能正�；蚰軌驅�(shí)現預計功能，其仍可能存在參數故障。 怎樣執行故障分析？ 
圖1: 吉時(shí)利為檢驗故障提供的I-V曲線(xiàn)示圖儀解決方案。 半導體器件故障分析技術(shù)有很多�？焖俸�(jiǎn)單的驗證測試需要使用源測量單元(SMU)，可以以異常方式上升到I-V曲線(xiàn)，然后使用SMU無(wú)縫深入其行為，最大限度地減少進(jìn)一步損壞(可能)已損壞的器件的風(fēng)險。 在I-V曲線(xiàn)示圖之外，測試分成破壞性測試和非破壞性測試。工程師的目標是確定導致器件故障模式的故障機制。這些故障機制既可能來(lái)自IC中潛在的問(wèn)題線(xiàn)路，也可能來(lái)自本地散熱，還可能來(lái)自電源或信號線(xiàn)之間的短路、氧化物或聯(lián)結擊穿、閉鎖等等。遺憾的是，破壞性測試通常在大部分分析工作中必不可少。開(kāi)封、金屬線(xiàn)切割、橫截面等任務(wù)都屬于破壞性測試技術(shù)。如果過(guò)早地執行這些程序，那么會(huì )導致不可逆轉的損壞和毀壞式分析，而忽略了為此付出的資源代價(jià)。 非破壞性故障評測在歷史上一直是一種可視化流程，使用傳輸電子顯微鏡和X射線(xiàn)檢測系統之類(lèi)的工具來(lái)完成。這些工具的價(jià)格非常高。比較經(jīng)濟的另一種技術(shù)是鎖定熱成像技術(shù)(LiT)。LiT解決了客戶(hù)面臨的多個(gè)挑戰： • 不想破壞寶貴的被測器件(DUT)。 • 需要一種簡(jiǎn)便的方式，定期調試DUT中消耗的功率的幅度。 • 更快地隔離封裝器件中的問(wèn)題站點(diǎn)或熱點(diǎn)，降低成本，更快地找到所需信息。
圖2: 鎖定熱成像技術(shù)可以迅速識別封裝半導體器件中的熱點(diǎn)�；魻�傳感器電路2的幅度圖像(a)，相位圖像(b)，ε校正后0°圖像(c; b中指明區域的0°/-90°圖像)，從(c)中以數字方式去卷積的功耗(d)。 為什么采用鎖定熱成像技術(shù)? 鎖定熱成像技術(shù)是一種有源熱成像技術(shù)，用來(lái)分析微電子器件或比較常用的材料樣本，以檢測缺陷、損壞，或表征潛在的鑄造問(wèn)題。LiT允許使用紅外熱成像攝像機，無(wú)接觸測量表面溫度。之所以叫“鎖定”，是因為攝像機的采集速率必須與電路激發(fā)同步。 LiT以脈沖式電信號的形式對被測器件應用定期熱激發(fā)，然后使用熱成像攝像機監測溫度變化。熱成像攝像機捕獲多個(gè)快速采集，使用后處理算法進(jìn)行計算。對半導體封裝器件，故障分析工程師可以勘測封裝表面，迅速識別局部化熱點(diǎn)，提高封裝表面的分辨率和溫度分布。 泰克/吉時(shí)利為鎖定熱成像技術(shù)搭建有效的解決方案 典型的鎖定熱成像技術(shù)系統圖如圖3所示。
圖3: 典型的鎖定熱成像技術(shù)系統的方框圖。1 可以使用相應的可編程任意函數發(fā)生器、電壓脈沖源或電流源發(fā)生器，而不是硬件計數器和脈沖式電源，來(lái)滿(mǎn)足上面的應用。例如，電流脈沖器可以輸出脈寬非常小的高達10 A @ 10 V的電流脈沖。 許多故障分析工程師需要全內置儀器來(lái)應對挑戰，這種儀器要包括內置編程功能協(xié)調分析過(guò)程，并包括鎖定功能及熱成像攝像機。為此，泰克科技旗下公司吉時(shí)利開(kāi)發(fā)了2601B-PULSE System SourceMeter 10 μs脈沖器/SMU儀器。
圖4: 吉時(shí)利2601B-PULSE系統源表10 μs脈沖器/SMU儀器。 2601B-PULSE是一種高電流/高速脈沖器，擁有測量功能及傳統源測量單元的全部功能。這種新型脈沖器提供了領(lǐng)先的10 A @ 10 V電流脈沖輸出，最小脈寬10 μs，并擁有快速上升時(shí)間，如圖5所示。
圖5: 高保真10A、10ms脈沖，用于故障器件。 該儀器還有一種內置定時(shí)器功能，不再需要使用外部時(shí)間基準。內置定時(shí)器有一個(gè)自由運行的47位計數器及1 MHz時(shí)鐘輸入。定時(shí)器的分辨率為1 μs，準確度為±100 ppm。根據圖3中的示意圖，2601B-PULSE代替了脈沖式電源和硬件計數器。 通過(guò)使用2601B-PULSE脈沖器/SMU及支持LAN/以太網(wǎng)的紅外熱成像攝像機，您可以簡(jiǎn)化鎖定熱成像技術(shù)配置，允許2601B-PULSE控制測試過(guò)程，同時(shí)使用PC運行熱量分析軟件，如圖6所示。
圖6: 采用Keithley 2601B-PULSE的鎖定熱成像技術(shù)系統實(shí)例。 鎖定熱成像技術(shù)只是迅速識別器件熱點(diǎn)，縮小故障位置范圍，進(jìn)而調查確定故障根本原因的技術(shù)之一。Keithley 2601B-PULSE之類(lèi)的儀器和支持LAN/以太網(wǎng)的紅外熱成像攝像機相結合，最大限度地減少了集成先進(jìn)儀器進(jìn)行測量的挑戰。鎖定熱成像技術(shù)減少了破壞性測試需求，幫助克服在封裝級進(jìn)行故障分析時(shí)面臨的挑戰，加快獲得所需信息的速度，提高故障分析工程師的時(shí)間利用效率，節約機構成本。 在這里下載完整的應用指南。 |
