主要失效分析仪器和主要参数.ppt

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1、失效分析用主要设备 的作用和参数 元器件失效分析 2 形貌（显微形貌）观察设备 电参数测试设备 （包括一些电参数测试的辅助性设备） 化学成分和组成分析设备 其它专项检测设备 其它辅助性设备 相关参数用什么仪器、设备来测试 仪器、设备的极限能力 ? 3 分类 仪器名称 形貌观察设备 光学显微镜（体视显微镜、金相显微镜）、扫描电子显微镜、 X射线透视系统、扫描声学显微镜。 常规电参数测试设 备（包括一些辅 助性的测试设备） 高阻仪、 LCR参数测试仪、漏电流测试仪、耐压测试仪、晶 体管图示仪、网络分析仪、频谱分析仪、模拟信号源、全集 成数字多路跟踪曲线分析仪、半导体参数测试仪、集成电路 参数测试仪

2、，其它常用电参数辅助性测试设备有频率计、功 率计、微安计、直流电源、微欧计、示波器等 。 化学成分和组成分析 设备 X射线能谱仪、显微红外光谱分析仪、离子色谱分析仪。 其它专项检测设备 粒子碰撞噪声检测仪 、密封性检测设备（氦气氟油加压检 漏装置、氦质谱检漏仪）、内部气氛分析仪、全自动抗静电 及抗闩锁测试系统、红外热象仪、拉力剪切仪 。 其它辅助性设备（开 封、去钝化层、环 境试验等） 塑封器件喷射腐蚀开封机、反应离子刻蚀机，抛光研磨机、 各种环境试验箱。 4 光学显微镜 体视显微镜（反射式和透射式） 特点：放大倍数较低；景深大，立体感强。 用途：器件的外观及失效部位的表面形状、尺 寸、组织、

3、结构和缺陷等观察；有时候用于 微探针的测试。 放大倍数（目镜物镜）： 6.380倍 金相显微镜 特点：放大倍数较高；景深小，空间分辨率 低，微米以下观察困难；放大倍数不连续。 用途：器件外观局部位置显微检查（体视显微 镜基础上）；器件失效点（形貌）的放大检 查。放大倍数（目镜物镜） ： 50 2000倍 5 声学显微镜 (C Mode Scanning Acoustic Microscope) 特点： C-SAM是一种反射式扫描声学 显微镜，利用超声脉冲探测样品内部 微观状态（无损检测）在 C-SAM的图 像中，与背景相比的衬度变化构成了 重要的信息，在有空洞、裂缝、不良 粘接和分层剥离的位置

4、产生高的衬度， 因而容易从背景中区分出来。 性能： 扫描声学显微镜频率范围为 1 500MHz，空间分辨率可达 0.1um， 能完成超声波传输时间测量、纵向截 面成象， X/Y二维成象和三维扫描与 成象。 用途：电子元器件、材料及 PCB/PCBA 内部各种缺陷（如裂纹、分层、夹杂 物和空洞等）。 6 扫描电子显微镜 特点：对样品的任何细微结构及其它表面特性放大进行观察和分析。缺点是 样品处于真空环境下，在高电压下还需解决样品表面钝化层的荷电问题。 性能：分辨率高，可以达到 1.5nm或更高；放大倍数从几倍到几十万倍，连 续可调；便于跟踪寻找缺陷并建立微观形貌与宏观形貌之间的关系；景深大， 有

5、较强的立体感，适合观察断口等类型的粗糙表面。 用途：用于失效定位和缺陷分析；如观察芯片表面的缺陷、结构。配合 X射 线能谱仪，可同时进行成分分析。 7 聚焦离子束系统（ FIB） 用途：在失效分析中主要用作 线路修补和局部验证；主要有 三个作用： 1)剖面制作 2)电路 连线 3)底层的探测通孔制作。 聚焦离子束的分辨率可以达到 5nm，最小线宽度 0.13um，能 进行 150mm以上圆片加工与分 析；加速电压范围一般 5 30KV。 8 X-Ray透视系统（ FEINFOUS FXS- 160.40） 特点和性能： 被测物体最大尺寸： 610mm 460mm 扫面区域： 610mm 460

6、mm 图像解析度： 1um X-Ray管高压： 0 160KV X-Ray管电流： 0 1mA 最大几何放大倍率： 636倍 观测方向与垂直方向倾斜角度： 0 60 图像感应器水平面可旋转角度： 0 360 被测物最大重量： 5kg 用途： 样品内部结构、多余物； PCBA板 焊点（焊接空洞、间距的测量）等 的检查。 9 常规电参数测试设备 10 LCR参数分析仪 特点和性能： 工作频率： 1 10MHz；可以 设定的直流偏压： 0 200V （外置）；交流电压 0 1Vrms； 电阻、电容和电感测试精度 0.05；损耗精度为 0.0005。 用途：主要用于测试阻、容和 感的容量、损耗、阻抗、

7、电感、 电阻、品质因素和导纳等。 11 漏电流测试仪 特点：施加一定的电压， 测试（或监测）样品的 漏电流状态。 性能：电压范围： 0 650V；电流范围 1uA 30mA；可以调整的时间 1 99s。 用途：用于测试电容器 （如电解电容器）的漏 电流。 12 耐压测试仪 特点和性能：电压范围： 0 10KV；可设定限流模式。可 设定时间范围 0 99s；漏电 流最大设定值 100mA。 用途：主要用于对样品（电 容器、塑料）介质层耐压强 度测试；整机的电绝缘性能 测试。 13 全集成数字多路跟踪曲线分析仪 （ A2R4-324） 性能和特点：控制开关矩阵进 行正确的连接，再加电源激励， 通过

8、测量单元对响应信号进行 测量。电压范围： 15V+15V；最大电流为 1A； 最大测量管脚数为 324个； 用途：用于对集成电路的电参 数测试；可以测试器件的端口 特性、静态参数、闩锁测试和 IDD。注意：需要夹具支持。 14 数字集成电路测试系统 特点和性能：最大管脚数： 64pin； 可以提供功能测试、交流参数 测试和直流参数测试；定时精 度 10ns；最高测试速度 5MHz； 主要测试方式包括合格 /不合格 方式（ Pass/Fail）、数字记录 方式（ Data Log）。 用途：对各类（ TTL、 NMOS、 CMOS）大、中、小规模数字集 成电路进行动态功能、直流参 数以及交流参数

9、的测试。 15 晶体管图示仪 用于检测样品端口静态特性。 可测试的半导体器件包括二极 管、晶阀管、 MOSFET、双极晶 体管、光电器件和 JFET等。 可加、晶至 1500V 电压，电流 1nA/DIV-200mA/DIV ；中功率 的测试范围（最大 20A/2KV）。 16 半导体参数测试分析仪器（ 4155） 三种基本的半导体测量： I， I-V，和 准静态的 C-V； 可编程电压源： 100V可编程源 /函 数发生器， 100V可编程直流电压源 基本精度： 0.5% 高分辨率： 1fA 准静态 C-V： 0.11999pF,dc电压斜率 1mV/s1V/s，增量为 1mV/s 4145

10、 17 微波分析设备（矢量网络分析仪、 频谱分析仪、模拟信号源） 矢量网络分析仪 微波器件 /子系统测试 频率范围： 30K 6GHz 输出功率： 85 10dBm 频谱分析仪 用于测量微波振荡器、谐波发生器等 器件的测试 频率范围： 3Hz 26.5GHz 解调带宽： 80MHz 幅度平坦度： 0.1 相位平坦度： 0.7 18 模拟信号源 作用：为被测件提供 250kHz 20GHz频率范围的模拟信号 特点 频率范围： 250kHz 20GHz 最大输出功率： 20dBm 分辨率：所有扫描方式 0.01Hz 外部基准频率： 1， 2， 2.5， 5， 10MHz（在 0.2ppm以内） 1

11、9 化学成分和组成分析设备 20 X射线能谱仪 特点：能谱仪除了分析速度快，可 做定量计算外，还可以选择不同的 方式进行分析，即可选点、线及区 域进行分析，还可做不同元素的面 分布图（ mapping）。 性能：检测极限 0.1；可分析的 元素范围从 B5U92，在 Fe55的分 辨率可达 135eV，相对的检测灵敏 度高达 10E4数量级；可做定量分 析。 用途：分析材料、污染物等的化学 成分（超轻元素除外） 。 21 红外光谱仪（ TENSOR27） 特点：光谱范围 7500/cm 370/cm、 分辨 率优于 1/cm外光谱 用途：分析有机物的成分， 但是目前很多有机物都不 能明确知道是

12、何种物质， 失效分析中常用于失效品 和良品的对比分析。 22 离子色谱分析仪（ DX500） 特点：先进的阴、阳离子痕量测试 仪， 10min内完成分离与检测。 用途：阴、阳离子的测定。失效分 析中常用于对 PCBA或组件上各种 阴离子浓度的测定。测试的离子包 括卤素离子、硝酸根离子、硫酸根 离子等。 23 其它专项检测设备 24 内部气氛分析仪 用途：失效分析中主要用于检 测电子元器件、电真空器件的 内部水汽及其它气氛。 性能： 检测范围： 1 512 （原子量）； 主要气氛：水汽、氮气、氧气、 氩气、氢气、二氧化碳；准确 率： 5以内；水汽检测灵敏度： 1 10E7 25 检漏设备（氦气氟

13、油加压检漏装置 、 氦质谱检漏仪 ） 用途：用于对有密封要求的元件、器件 进行密封性测试； 包括两个部分：粗检漏和细检漏部分。 特点：样品的大小、相关的测试标准。 粗检漏主要注意样品的耐受温度不能小 于 125 。 26 粒子碰撞噪声检测仪 用途：用于检测元器件重松散微粒，如 集成电路、混合电路、晶体管、继电器 和开关等等。 特点：频率范围 25 250Hz，正弦 其它震动方式：有限随机震动，频率 75Hz 400Hz。 样品重量：整个范围中最大重量为 400g， 60Hz时最大为 500g。 震幅 :0.1到 25.50“G”峰值 27 多功能焊接强度测试仪（ DAGE400） 用途：主要用

14、于 IC芯片上芯片粘 结状态、键合线键合状态的评价； 主要测试项目包括：键合强度试 验、芯片剪切强度试验和 BGA焊 球剪切力试验。 相关参数：测试精度为各传感器 的各测试满量程的正负百分之 0.25。 传感器包括 Wire Pull传感器 3个 （ 100g 、 1kg 、 10kg)、 die shear传感器 2个 (5kg 、 100kg)； ball shear传感器 1个 (250g) 28 静电测试仪 特点和性能： HBM（人体模型）， MM（机 器模型）， CDM（带电器件放电模型） 1） MK.2 SE：该仪器包括 HBM、 MM、 Latch- Up（闩锁测试）三大模型；支

15、持最高试验引 脚数为 768Pin， HBM支持最高试验电压为 8000V， MM支持最高试验电压为 2000V；闩 锁测试。 2） 7/2型：该仪器只能进行 HBM试验，支持最 高试验引脚数为 128Pin，最支持最高试验电 压为： 8000V。 3） RCDM3：该仪器只能进行 CDM试验，最 支持最高试验电压为： 4000V。 用途：对各类器件进行抗静电能力的评价。 MK2 RCDM 29 红外热象仪 型号： InfraScope 主要检测电子产品温度分布 适用于功率模块、 SMA、 功率元器件、 电子组件等电子产品的温度探测，通过 检测验证产品的热性能，进而优化产品 设计和改进工艺。最

16、高温度探测灵敏度 达到 0.1摄示度，最高空间分辨率达到 5um。 30 其它辅助性设备 31 塑封器件喷射腐蚀开封机 特点：用于对塑封器件的封装进行 局部开封，暴露内部芯片表面但保 留芯片、管脚、内引线和压焊点的 完整性能。 用于暴露塑料封装器件的芯片，以 便于进行芯片表面的电测和形貌观 察。 32 反应离子刻蚀机 特点和性能：工作气体为氧气和氮 气；腐蚀速度快，均匀性和重复性 好；等离子腐蚀各向同性，腐蚀后 金属化层与介质层间的接触面积减 少，金属化层容易脱离介质层。 用途：在失效分析中主要用于去出 芯片表面的钝化层（掺杂硅膜层和 氮化硅膜层）。 刻蚀气体，如： CF4, O2, N2, Ar, CHF3, SF6。 33 研磨 /抛光机 34 环境试验设备