功率半导体器件及模组封装的失效分析

功率半导体器件及模组封装失效的原因可以概括为封装测试过程引起的失效，芯片设计缺陷引起的失效和芯片制造过程中引起的失效三类。对于失效的器件，首先需要验证并确定失效模式，然后确定失效的种类，即器件是电性能失效还是物理失效，再确定需要分析的失效种类，失效机理和失效位置，后根据分析结果制定并实行适当的整改措施。

功率半导体器件及模组封装的失效分析的目的和应用

功率半导体器件在工作过程中发热量及工作电压，电流较大，因此其在应用中更容易出现过电应力（Electrical Over Stress，EOS）失效，此外也存在很多封装缺陷可以直接或间接的导致器件在测试或上机应用时失效。

通常会在以下几种情况下进行封装失效分析

1.电性能测试后

2.可靠性测试后

3.上机失效后

功率半导体器件及模组封装的失效分析机理

封装导致的器件失效存在多种机理，通常包括封装应力，封装污染，静电损伤，物理损伤及缺陷等

1.封装应力

封装后的器件由多种热膨胀系数不同的材料结合而成，如果材料和工艺的选择不合理，在封装，组装以及上机使用过程中就会出现过大的应力导致芯片性能发生改变。一方面，封装会给芯片带来不同程度的应力，如划片，装片，键合和塑封等过程产生的机械应力和热应力；另一方面，封装材料和工艺的选择会影响产品在封装及使用过程中所承受的机械应力和热应力极限，如芯片粘接材料厚度的不同会直接影响封装结构对芯片的保护和缓冲

2.封装污染

封装过程中芯片需要经过多个环节的加工和处理（例如芯片暴露在不同环境中或与不同物质接触），并与塑封料等封装材料相结合

3.静电损伤

4.物理损伤及缺陷

功率半导体器件及模组封装的失效分析方法

失效分析（Failure,Analysis,FA）是指产品失效后，通过对产品外观，结构，功能等的系统研究，从而鉴别失效模式，确定失效机理和失效演变的过程。

1.电性能分析

（1）开短路测试：根据器件的定义可以简单地判断出产品的开路或短路情况。

（2）功能测试：根据器件的特性简单判断器件是否具有该功能。例如,MOSFET的开启功能

（3）参数测试：通过用常规的测试机测试，获得器件特定的参数或全部参数，获知器件对实际参数相对标准值的偏离值或范围，并进行评估和判断。

（4）曲线特征分析

（5）应力下的测试分析：包括室温电性能测试，高温试验电性能测试，压力下电性能测试。

2.无损分析

无损分析即在不破坏产品外观，功能的前提下进行的失效分析，主要有外观检查，声学扫描和X射线扫描三种分析方法。

（1）外观检查

外观检查一般使用显微镜对产品外观检查，判断器件的塑封体和引脚是否存在裂纹，破损，沾污，异物等异常

（2）声学扫描

声学扫描是使用声学扫描显微镜（Scanning Acoustic Microscope）对功率器件内部结构进行检查的分析方法。推荐设备：Nordson Sonoscan D9650系列超声扫描显微镜C-SAM

（3）X射线扫描

X射线是一种波长短，能量高的电磁波，可以穿透很多不透明的物质。X射线的穿透力与自身的能量和被穿透物质的密度有段。利用这种特性，可以把密度不同的物质区分开来。推荐设备：DAGE Quadra 5 X射线检测机Q5 X-Ray

3.有损分析

有损分析的目的是验证之前新型的各种分析是否准确，或者是对一些通过无损分析无法确定的失效机理进行确认，如芯片损伤等。

（1）开帽（Decap）是通过一定方式去除塑封料的过程

（2）腐球（Crate）是使用化学试剂将芯片表面结构去除，直接检查硅层的分析方法

（3）切片是对产品进行切割，研磨抛光后检查截面的分析方法