超詳細！輕松看懂半導體二極管的NG原因

二極管是用半導體材料(硅、硒、鍺等)制成的一種電子器件，是世界上第一種半導體器件。廣泛應用于電視機、收錄機等家用電器以及各種電子儀器設備中。

引言

某二極管整機調試過程中失效，現分析二極管的失效原因。

測試分析

1 外觀分析

為確認NG二極管外觀是否存在異常，對NG二極管進行外觀檢查，發現NG二極管表面存在大量三防漆殘留，封裝殼體結構完整，未發現明顯燒毀、裂紋等異常。

2 失效現象確認

對二極管進行半導體特性測試。檢測結果顯示：NG1、NG2二極管正向提前開啟，反向表現為異常開啟，為漏電特性，如圖：

3 無損透視檢查

對NG二極管及OK二極管進行無損透視對比分析，發現NG二極管與OK二極管內部結構完全相同，未見明顯封裝缺陷。

4 開封觀察

用化學方法去除封裝樹脂，開封結果顯示：NG二極管晶元結構完整，晶元表面未發現明顯異常，（NG2二極管是在定位后進行SEM觀察，鍵合在定位后脫落）如圖3、4。

5 失效點定位

由于失效二極管正反向均表現為異常開啟現象，利用OBIRCH定位技術對NG二極管晶元進行失效點定位。

NG1二極管內部存在異常亮點，亮點位置在鍵合區周圍。NG2二極管鍵合區周圍同樣存在異常亮點，呈發散狀，如圖5、6。

6 FIB微區形貌分析

對NG1、NG2二極管晶元阻抗異常位置進行FIB定位剖切，并對晶元內部結構進行觀察分析。

FIB剖切結果表明：按圖7剖切方向1進行剖切未能發現裂紋；按圖9剖切方向2進行剖切發現晶元內部存在裂紋，且裂紋位置未發現有燒毀熔融的現象，說明晶元內部裂紋不是因為晶元燒毀導致的，而是晶元本身存在的缺陷。

7 分析及總結

NG二極管表現為功能異常， 體現在半導體特性改變。經過OBIRCH定位結果表明，失效二極管內部存在異常亮點，且異常區域均位于鍵合區周圍。利用FIB對阻抗異常區域進行縱向剖面切割，切割后的截面并未發現任何可見的明顯損傷，說明內部異常亮點不是晶元內部出現燒毀導致的。對異常亮點位置進行橫向切割后，發現晶元內部存在明顯裂紋，說明晶元內部出現異常亮點是由于晶元內部存在裂紋導致的。

結合OBIRCH定位結果及橫向切割后形貌，發現晶元內部裂紋主要存在于芯片綁定區周圍，懷疑晶元內部裂紋是由于綁定工藝控制不當所致。在外界電氣環境的作用下，晶元受激發半導體特性改變。

由以上分析結果可見，器件本身存在微缺陷，可靠性差，易受外界環境影響。

結論

二極管失效表現為晶元半導體特性發生改變，直接原因為晶元內部存在裂紋。

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