50例微波器件失效分析结果汇总与分析

第25卷　第4期

2005年11月

Vol.25,No.4固体电子学研究与进展　　　　　　　　

Nov.,2005射频与微波

50例微波器件失效分析结果汇总与分析

Ξ

(中国电子产品可靠性与环境试验研究所,,广州,510610)

2032,2摘要:,阐述了微波器件在使用中失效的主要原因、分类及其分布,由于器件本身质量和可靠性导致的失效约占80%,其余20%是使用不当造成的。在器件本身的质量和可靠性问题方面,具体失效机理有引线键合不良、芯片缺陷(包括沾污、裂片、工艺结构缺陷等)、芯片粘结、管壳缺陷、胶使用不当等;在使用不当方面,主要是静电放电(ESD)损伤和过电损伤(EOS),EOS损伤中包括输出端失配、加电顺序等操作不当引入的过电应力等。

关键词:微波器件;失效分析;汇总分析

中图分类号:TN323;TN454.06　　文献标识码:A　　文章编号:100023819(2005)042475206

AReviewofFiftyFailureAnalysisCasesofMicrowaveDevices

LAIPing　LIPing　ZHANGXiaoming　LIShaoping　XUAibin

SHIMingze　NIUFuling　ZHENGTinggui

(ChinaElectronicProductReliabilityandEnvironmentalTestingResearchInstitute(CEPREI),.ofElectronicDevicesReliabilityPhysicsandApplication,Guangzhou,510610,CHN)NationalKeyLab

Abstract:Thefailureanalysisresultsofaboutfiftycasesformicrowavedeviceshavebeen

summarized.Themainfailurecauses,theclassificationsanddistributionsaredescribed.Itisshownthatthefailurecausesofeightypercentcasesareduetodevicequalityandreliability

.Thefailuremechan

ismsthatproblems,andtwentypercentareduetoapplicationproblems

belongtoqualityandreliabilityproblemsincludebadbondings,chipdefects,adhesion.Asforapplicationproblems,themainproblems,packagedefectsandgluedegradations

failurereasonsaredamagecausedbyESDandEOS,includingmismatchintheoutputportsandincorrectbiasingsequence,etc.

Keywords:microwavedevice;failureanalysis;summarizeEEACC:2560

1　引　　言

随着现代电子技术的发展,电子系统的工作频

率越来越高,微波器件在各种领域中的应用范围越来越广,而在使用过程中遇到的质量和可靠性问题也日益增多,有些已经给生产方和使用方造成了巨大的经济损失。近几年来,电子元器件可靠性物理

Ξhttp://doc.guandang.netmail:laiping@ceprei

476固　体　电　子　学　研　究　与　进　展25卷

及其应用技术国家级重点实验室受使用方和生产方的委托,承担了大量的微波器件、电路及组件的失效分析工作,本文总结了其中56个实例,通过汇总分析,探讨微波器件的主要失效模式及失效原因,以及如何在制造工艺、来料检验和分析、使用操作等方面采取优化改进措施,从而达到降低微波器件的失效概率,提高整机系统的可靠性的目的。

只失效品。进口器件主要是整机系统单位使用,器件失效直接影响到整机系统的可靠性,应引起高度重视。

2　器件分类与来源汇总

2.1

图2　样品来源汇总

Fig.

2　Statisticaldataofsourcesofthesamples

、频率、封装和预定用途等多种因素进行分类。由于微波器件的失效模式和原因往往与器件的工艺和结构相关,因此在后面的汇总分析中,主要按制造工艺进行分类:第一类是微波分立器件(即通常所说的管子),第二类是微波单片电路(MMIC),主要是砷化镓单片电路,第三类是微波组件和模块,包括采用封装器件以及裸芯片组成的各种微波混合电路和功能模块。

56个分析实例中,共有失效样品144只。其中分立器件20批、59只失效样品;单片电路8批、24只失效样品;组件和模块最多,有28批、失效样品61只(图1)。

3　失效模式和失效原因分类

3.1　失效模式分类汇总

　　不同器件如分立器件、单片电路和组件的具体失效模式不同,都在总体上可分为功能失效和特性退化两大类,功能失效具体又包括输入或输出短路或开路、无功率输出、控制功能丧失等;特性退化具体有输出功率或增益下降、损耗增大、控制能力下降、饱和电流下降、PN结特性退化等。

图3是失效模式的汇总图。从图中看到,本次汇总的56例失效分析中,32例的样品是功能失效,18例的样品是特性退化,6例是既有功能失效,又

有特性退化。从总样品数144来看,功能失效的为104只,约占总样品数的7212%;特性退化的为40只,约占2718%。总的来看,功能失效是主要的失效模式。

图1　分析实例器件类型汇总

Fig

.1　StatisticaldataoftypesofdevicesintheFA

cases

2.2　器件来源分类

图2是器件来源的汇总数据。从图中可以看到,总数56批中,进口器件是19批次,约占总批次的34%;失效样品有41只,约占总样品数的2815%。其中进口分立器件5批、21只失效品;单片

图3　失效模式汇总

Fig.3　Statisticaldataoffailuremodes

3.2　失效原因汇总分析

电路(塑封)3批、5只失效品;组件和模块11批、15

确定失效原因和失效机理是失效分析的主要

4期　　来　萍等:50例微波器件失效分析结果汇总与分析　477

目的,只有准确地找到失效原因,才能在以后的生

产和使用过程中有针对性地进行改进和防范,消除或减少失效的再发生,保证整机和系统的可靠性。

图4是失效原因总的分类汇总图。汇总情况表明,失效原因有两大类:一类是器件本身的质量和可靠性问题,具体失效机理有引线键合不良、芯片缺陷(包括沾污、裂片、工艺结构缺陷等)、芯片粘结、管壳缺陷、胶使用不当等;另一类是使用不当导致的器件失效,简单分为静电放电(ESD)损伤和过电损伤(EO

S),EOS损伤中包括输出端失配

铍陶瓷与钨铜散热底座之间存在大面积粘结空洞

(见图6),散热性能不良,导致器件在工作时发生热电击穿失效。

图4　失效原因批次汇总

Fig.4　Statisticaldataoffailurecausesbysorts

56个实例中,由于器件本身质量和可靠性导

致的失效为45批次,约占80%,样品数为105,约占70%;因使用不当导致的失效有11个批次,约占20%,共41只样品,约占30%(有时,同一批次的样

图5　单管和单片电路的失效原因汇总:(a)分立器件;

(b)单片电路

Fig.5　Statisticaldataoffailurecauseofdiscrete

devicesandmonolithicIC:(a)Discretedevices;(b)MonolithicIC

品或同一样品有两种以上的失效原因)。因此,由于器件本身缺陷导致的失效比例远高于使用不当导致的失效。

图4是失效原因的汇总图。从汇总结果看出,器件本身缺陷排在前三位的依次是芯片缺陷、引线键合不良以及芯片粘结不良,分别占总批次的22%、17%和14%,合计为53%,超过一半。而使用

3.2.2　单片电路失效原因汇总分析　图5(b)是

单片电路(主要是GaAs单片或多芯片电路)失效

原因的汇总情况。从图中可以看出,芯片缺陷、静电(ESD)损伤和过电应力是单片电路的三大主要失效原因,各占单片总批次的30%。由于GaAs电路本身的原因,器件的抗静电和抗过电能力相对硅器件都很弱,多数单片电路的静电放电敏感度(ESD)在300～500V(人体模型HBM)的范围。因此,使用过程中防静电和过电应力的保护措施非常重要。尤其是静电损伤具有潜在性和累积性的特点,即器件在受到静电损伤后并不马上失效,而会在以后的加电工作中突发 …… 此处隐藏：7070字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……