静电不容小觑!芯片失效导致USB设备出现无法识别现象
引言
整机产品在使用几个月后出现USB设备无法识别,大部分为HUB芯片损坏,现测试分析NG芯片和OK芯片,查找失效原因及提供改善建议。
测试分析
1 外观检查
对失效芯片进行外观检查,经分析未发现芯片表面有异常。
2 I-V曲线测试
为确认芯片的失效现象,测试芯片各管脚对地的I-V曲线图,发现NG HUB芯片的Pin 1脚对地(Pin)呈阻性。
图1 NG HUB芯片I-V曲线典型图
3 无损透视检查
对芯片进行无损透视,发现NG HUB芯片有银浆上爬过高的现象。
图2 NG HUB芯片X-ray检测图
4 界面超声扫描
为确认芯片内部是否存在分层或者空洞,对NG芯片,OK芯片进行界面超声扫描;经分析NG HUB芯片二焊点存在分层,分层的存在会带来可靠性隐患。
图3 超声扫描图-二焊点
5 开封内部观察
对NG HUB芯片进行开封观察,发现NG HUB芯片表面未发现烧毁点,对其开封后HUB芯片进行I-V曲线测试,发现开封前后的I-V曲线图一致,证明此次失效不是因为芯片银浆上爬过高导致。
图4 NG HUB芯片开封图
6 Thermal EMMI
为确认NG HUB芯片的失效位置,对NG HUB芯片进行Thermal EMMI 热点定位分析。
定位结果显示:NG HUB芯片内部存在异常亮点,亮点位置在1管脚附近位置,属于管脚保护区,这与I-V测试结果一致。证明芯片pin 1附件晶圆内部有异常缺陷,导致NG HUB芯片对地阻抗异常。
图5 NG HUB芯片定位分析图
7 剥离分析
Thermal EMMI定位的异常发热点显示芯片表面无明显异常,去除芯片表面metal,观察芯片沉底保护区,发现管脚附近的有烧毁的现象,怀疑烧毁位置是静电保护区。
图6 NG HUB芯片亮点位置形貌图
图7 NG HUB芯片相同OK区域形貌图
8 验证实验
为验证芯片烧毁位置是否是芯片的静电保护区,对OK HUB芯片进行剥离分析及SEM观察,发现静电击穿区域与NG HUB芯片烧毁位置一致,确认NG HUB芯片烧毁是由静电引起的。
测试结果表明:NG HUB芯片在受到了静电损伤后,在后续的上电过程中,损伤点扩大,导致静电保护区烧毁,最终导致芯片失效。
图8 静电模拟实验后芯片剥离后SEM图
结论
芯片失效的原因为:芯片内部出现烧毁。
根本原因是:芯片承受了较大的静电损伤,在后续的上电过程中,击穿位置出现烧毁,最终导致芯片失效。
建议:
(1)加强芯片在运输及使用过程中的静电防护。
(2)芯片本身存在可靠性应用风险,与物料供应商沟通改良。
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