震驚！這會引起芯片內部出現EOS燒毀

 

引言

 

某汽車電子水泵驅動控制單元出現失效，經定位分析為失效芯片的pin17、pin20管腳對地出現短路，現分析其失效原因。

 

測試分析

 

1 外觀檢查

 

對失效件上的NG芯片進行外觀檢查，發現NG芯片表面無明顯裂紋，引腳處無明顯連錫等異常。

 

2 半導體特性測試

 

對NG芯片進行在板的半導體特性測試，發現NG芯片主要表現為pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路，pin30 (VDDA)對pin31(VSSA)短路。（紅線為失效芯片曲線，藍線為OK芯片曲線）

 

圖1 失效件上NG芯片管腳半導體特性

(藍色為正常芯片，紅色為失效芯片)

 

3 界面超聲掃描

 

對失效件上的NG芯片進行界面超聲掃描；掃描結果顯示失效件上的NG芯片表面存在分層現象。

 

 

4 無損透視檢查

 

利用X-ray觀察失效芯片內部結構，觀察結果顯示芯片內部鍵合無明顯異常，芯片粘接銀漿無明顯過高等異常現象。

 

圖4 失效件上NG芯片無損透視檢查形貌

 

5 CT掃描

 

對取下的NG芯片進行CT 3D掃描然后虛擬重構，掃描結果顯示失效件上的NG芯片pin17管腳處有疑似異常，異常位置與界面超聲掃描結果一致。

 

 

6 開封觀察

 

為確認NG芯片內部是否有燒毀，對失效件的NG芯片及功能正常ECU上的OK芯片進行開封。

開封結果顯示：

（1）失效件上的NG芯片存在燒毀，芯片燒毀的區域位于pin17~pin20，pin63管腳位置，pin17管腳定義為VDDX2，pin20管腳定義為VDD、pin63為VSSX1，燒毀位置與在板現象一致，即pin17、pin20對地短路。

（2）失效件上的NG芯片燒毀區域分散，且為VDD與VSS之間，為EOS燒毀的典型形貌。

 

圖7 失效件上NG芯片表面形貌

 

7 模擬試驗

 

前面分析可知芯片燒毀為EOS過電燒毀，通過對NG芯片周邊電路的分析可知，NG芯片出現EOS燒毀可能的原因為：Q4三極管飽和導通，CE極間壓降為零點幾伏。現對功能正常單板做以下模擬試驗。

 

7.1 模擬試驗1:

對芯片pin62、pin63之間進行上電模擬，發現當pin62(VDDX1)、pin63（VSSX1）之間電壓達到14V時，直流電源輸出電流急劇增加，Q4三極管出現燒毀，測量芯片pin62與pin63之間出現了短路現象。

對模擬試驗后芯片進行半導體特性測試及開封觀察，半導體特性測試發現芯片模擬試驗后pin17（VDDX2）、pin20(VDD)與pin19(VSS2)之間短路，與失效件的現象一致;開封觀察發現模擬試驗1后芯片燒毀區域與失效件上的芯片一致，形貌大致相同，說明失效件上的芯片為過電壓燒毀。

 

圖8 模擬試驗1后芯片半導體特性

 

圖9 模擬試驗1后芯片開封形貌

 

對失效件上的Q4三極管進行半導體特性測試及無損透檢查發現：

（1）失效件上的Q4三極管B-C管腳短路，且C-E管腳鍵合絲斷裂，說明失效件上Q4因過流導致的失效，因此推斷Q4失效的原因可能是M芯片由于過壓燒毀后，導致導通的Q4引腳流過大電流，最終導致Q4失效。

（2）失效件上的Q4進行開封觀察，觀察結果顯示：Q4三極管晶圓出現燒毀，鍵合絲斷裂。

 

圖10 失效件上的Q4三極管半導體特性

 

 

圖13 失效件上Q4三極管開封形貌

 

7.2 模擬試驗2:

由模擬試驗1推斷Q4三極管飽和導通導致芯片pin62管腳出現過壓，pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路燒毀，且芯片燒毀位置、形貌與失效件上的芯片基本一致，因此將功能正常ECU上Q4的B-C管腳短接制造Q4三極管飽和導通。

模擬結果顯示：

（1）模擬后Q4的鍵合絲斷裂，晶圓燒毀形貌與失效件上Q4基本一致，但管腳間的半導體特性與NG Q4存在差異。

（2）芯片pin17（VDDX2）、pin20(VDD)對pin19(VSS2)短路，芯片燒毀區域與NG 芯片基本一致。

 

圖14 正常ECU模擬試驗2后Q4半導體特性

 

圖15 模擬試驗2后芯片半導體特性

 

 

圖18 模擬試驗2后芯片開封形貌

 

結論

 

NG芯片失效的原因為芯片內部出現了EOS燒毀，根本原因可能與ECU上Q4三極管的出現異常飽和導通有關。

 

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