半导体产品的可靠性验证是一个复杂而精细的过程。今天我们分享一个典型的失效分析案例，探讨芯片在极端环境下的失效机制及分析方法，希望能为行业同仁提供一些技术参考。

 

案例基本信息：

1）产品类型：模拟开关芯片2）应用领域：工业控制系统3）失效现象：低温环境下无输出信号

 

问题描述：某工业应用中，一款模拟开关芯片在-35°C环境下出现功能异常。在标准供电条件下（VDDI=3.3V，VDDA/VDDB=10V），当输入为高电平时，无法在输出端检测到正常信号。

 

失效分析方法论：

第一阶段：基础检测，初步检测结果显示器件在常温常压下功能正常。

1）外观检查：使用光学显微镜检查封装完整性2）电气测试：进行引脚间导通性和漏电流测试3）功能测试：在标准测试条件下验证器件功能

第二阶段：环境复现测试

1）搭建与客户相同的测试环境2）复现了低温下的失效现象3）确认问题的重现性

第三阶段：参数特性分析

1）低温环境下（<-20°C）电源电流出现异常2）当电源电压处于特定范围时，电流消耗异常增加，这种异常与温度密切相关

第四阶段：内部电路分析，对器件进行非破坏性开封，使用微探针技术。

1）在低温环境下对关键节点进行测试2）发现内部基准电压电路工作异常3）基准电压无法达到设计值

第五阶段：电路层面深入分析，通过对基准电压电路的分析，发现可能的失效机理。

 

异常工作状态：

1）基准电压卡在较低电平，达不到设计值2）启动电路时序异常3）器件无法建立正常的工作点

仿真验证：使用电路仿真软件对假设进行验证，验证了理论分析的失效机理正确性。

1）建立了器件的热电模型2）仿真结果与实测数据高度吻合

根本原因定位（物理失效分析）：

1）逐层去除器件封装材料2）在硅片级别进行缺陷检测3）发现了关键器件的物理缺陷

关键发现：1）在基准电压电路的关键器件中发现微观缺陷2）该缺陷在低温环境下影响器件电气特性3）这种缺陷属于工艺过程中的随机性缺陷

 

解决方案与预防措施：

1）测试程序优化：增加低温环境下的筛选测试2）参数监控：加强关键参数的监控和控制3）质量管控：提高相关工艺步骤的质量标准

 

经验总结：

这个案例展现了现代半导体失效分析的完整流程和方法。虽然遇到的是低概率的随机性缺陷，但通过系统性的分析方法，我们解决了具体问题。在半导体行业，每一次深入的失效分析都是技术进步的催化剂。通过不断的技术创新和质量提升，我们能够为各行各业提供更加可靠的电子产品。

 

来源：Top Gun 实验室

关键词： 芯片 失效机制