【導讀】半導體公司和半導體科研人員一直在尋求各種方式
，來讓器件問題發生在實驗室中
，而不是發生在現場。故障分析(FA)工程師用了無數個小時，試圖了解器件為什麼會發生故障
，在將來怎樣才能防止故障。

半導體公司和半導體科研人員一直在尋求各種方式，來讓器件問題發生在實驗室中，而不是發生在現場。故障分析(FA)工(gong)程(cheng)師(shi)用(yong)了(le)無(wu)數(shu)個(ge)小(xiao)時(shi)，試(shi)圖(tu)了(le)解(jie)器(qi)件(jian)為(wei)什(shen)麼(me)會(hui)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)
，在(zai)將(jiang)來(lai)怎(zen)樣(yang)才(cai)能(neng)防(fang)止(zhi)故(gu)障(zhang)。這(zhe)一(yi)點(dian)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)許(xu)多(duo)器(qi)件(jian)用(yong)於(yu)關(guan)鍵(jian)事(shi)務(wu)型(xing)應(ying)用(yong)中(zhong)
，在(zai)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong)，正(zheng)如(ru)阿(e)波(bo)羅(luo)13號航天飛行首席飛控主任Gene Kranz所說

，“故障絕不能成為選項”。但器件故障卻經常發生。

微(wei)電(dian)子(zi)故(gu)障(zhang)分(fen)析(xi)是(shi)診(zhen)斷(duan)器(qi)件(jian)發(fa)生(sheng)的(de)問(wen)題(ti)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)主(zhu)要(yao)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)，不(bu)管(guan)問(wen)題(ti)出(chu)現(xian)在(zai)鑄(zhu)造(zao)階(jie)段(duan)，還(hai)是(shi)出(chu)現(xian)在(zai)應(ying)用(yong)封(feng)裝(zhuang)使(shi)用(yong)時(shi)。半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)電(dian)氣(qi)故(gu)障(zhang)可(ke)以(yi)是(shi)功(gong)能(neng)故(gu)障(zhang)，也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)參(can)數(shu)故(gu)障(zhang)。在(zai)器(qi)件(jian)不(bu)能(neng)實(shi)現(xian)預(yu)計(ji)功(gong)能(neng)時(shi)，這(zhe)種(zhong)故(gu)障(zhang)視(shi)為(wei)功(gong)能(neng)故(gu)障(zhang)。在(zai)器(qi)件(jian)不(bu)能(neng)達(da)到(dao)可(ke)度(du)量(liang)特(te)點(dian)的(de)電(dian)氣(qi)規(gui)範(fan)時(shi)，這(zhe)種(zhong)故(gu)障(zhang)視(shi)為(wei)參(can)數(shu)故(gu)障(zhang)。泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)參(can)數(shu)故(gu)障(zhang)，其(qi)可(ke)能(neng)與(yu)器(qi)件(jian)的(de)功(gong)能(neng)無(wu)關(guan)。因(yin)此(ci)，即(ji)使(shi)器(qi)件(jian)功(gong)能(neng)正(zheng)常(chang)或(huo)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)預(yu)計(ji)功(gong)能(neng)，其(qi)仍(reng)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)參(can)數(shu)故(gu)障(zhang)。

怎樣執行故障分析？

圖1: 吉時利為檢驗故障提供的I-V曲線示圖儀解決方案。

半導體器件故障分析技術有很多。快速簡單的驗證測試需要使用源測量單元(SMU)，可以以異常方式上升到I-V曲線，然後使用SMU無縫深入其行為，最大限度地減少進一步損壞(可能)已損壞的器件的風險。

在I-V曲線示圖之外，測試分成破壞性測試和非破壞性測試。工程師的目標是確定導致器件故障模式的故障機製。這些故障機製既可能來自IC中潛在的問題線路
，也可能來自本地散熱
，還可能來自電源或信號線之間的短路
、氧化物或聯結擊穿、閉鎖等等。遺憾的是，破壞性測試通常在大部分分析工作中必不可少。開封、金屬線切割
、橫(heng)截(jie)麵(mian)等(deng)任(ren)務(wu)都(dou)屬(shu)於(yu)破(po)壞(huai)性(xing)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)。如(ru)果(guo)過(guo)早(zao)地(di)執(zhi)行(xing)這(zhe)些(xie)程(cheng)序(xu)，那(na)麼(me)會(hui)導(dao)致(zhi)不(bu)可(ke)逆(ni)轉(zhuan)的(de)損(sun)壞(huai)和(he)毀(hui)壞(huai)式(shi)分(fen)析(xi)，而(er)忽(hu)略(lve)了(le)為(wei)此(ci)付(fu)出(chu)的(de)資(zi)源(yuan)代(dai)價(jia)。

非破壞性故障評測在曆史上一直是一種可視化流程，使用傳輸電子顯微鏡和X射線檢測係統之類的工具來完成。這些工具的價格非常高。比較經濟的另一種技術是鎖定熱成像技術(LiT)。LiT解決了客戶麵臨的多個挑戰：

·不想破壞寶貴的被測器件(DUT)。

·需要一種簡便的方式
，定期調試DUT中消耗的功率的幅度。

·更快地隔離封裝器件中的問題站點或熱點，降低成本，更快地找到所需信息。

圖2: 鎖定熱成像技術可以迅速識別封裝半導體器件中的熱點。霍爾傳感器電路2的幅度圖像(a)，相位圖像(b)
，ε校正後0°圖像(c; b中指明區域的0°/-90°圖像)
，從(c)中以數字方式去卷積的功耗(d)。

為什麼采用鎖定熱成像技術?

鎖定熱成像技術是一種有源熱成像技術，用來分析微電子器件或比較常用的材料樣本
，以檢測缺陷、損壞，或表征潛在的鑄造問題。LiT允許使用紅外熱成像攝像機
，無接觸測量表麵溫度。之所以叫“鎖定”，是因為攝像機的采集速率必須與電路激發同步。

LiT以yi脈mai衝chong式shi電dian信xin號hao的de形xing式shi對dui被bei測ce器qi件jian應ying用yong定ding期qi熱re激ji發fa，然ran後hou使shi用yong熱re成cheng像xiang攝she像xiang機ji監jian測ce溫wen度du變bian化hua。熱re成cheng像xiang攝she像xiang機ji捕bu獲huo多duo個ge快kuai速su采cai集ji，使shi用yong後hou處chu理li算suan法fa進jin行xing計ji算suan。對dui半ban導dao體ti封feng裝zhuang器qi件jian，故gu障zhang分fen析xi工gong程cheng師shi可ke以yi勘kan測ce封feng裝zhuang表biao麵mian，迅xun速su識shi別bie局ju部bu化hua熱re點dian
，提ti高gao封feng裝zhuang表biao麵mian的de分fen辨bian率lv和he溫wen度du分fen布bu。

泰克/吉時利為鎖定熱成像技術搭建有效的解決方案

典型的鎖定熱成像技術係統圖如圖3所示。

圖3: 典型的鎖定熱成像技術係統的方框圖。1

可以使用相應的可編程任意函數發生器
、電壓脈衝源或電流源發生器，而不是硬件計數器和脈衝式電源，來滿足上麵的應用。例如
，電流脈衝器可以輸出脈寬非常小的高達10 A @ 10 V的電流脈衝。

許xu多duo故gu障zhang分fen析xi工gong程cheng師shi需xu要yao全quan內nei置zhi儀yi器qi來lai應ying對dui挑tiao戰zhan，這zhe種zhong儀yi器qi要yao包bao括kuo內nei置zhi編bian程cheng功gong能neng協xie調tiao分fen析xi過guo程cheng，並bing包bao括kuo鎖suo定ding功gong能neng及ji熱re成cheng像xiang攝she像xiang機ji。為wei此ci，泰tai克ke科ke技ji旗qi下xia公gong司si吉ji時shi利li開kai發fa了le2601B-PULSE System SourceMeter® 10 μs脈衝器/SMU儀器。

圖4: 吉時利2601B-PULSE係統源表10 μs脈衝器/SMU儀器。

2601B-PULSE是一種高電流/高速脈衝器
，擁有測量功能及傳統源測量單元的全部功能。這種新型脈衝器提供了領先的10 A @ 10 V電流脈衝輸出，最小脈寬10 μs
，並擁有快速上升時間
，如圖5所示。

圖5: 高保真10A
、10ms脈衝，用於故障器件。

該儀器還有一種內置定時器功能，不再需要使用外部時間基準。內置定時器有一個自由運行的47位計數器及1 MHz時鍾輸入。定時器的分辨率為1 μs，準確度為±100 ppm。根據圖3中的示意圖，2601B-PULSE代替了脈衝式電源和硬件計數器。

通過使用2601B-PULSE脈衝器/SMU及支持LAN/以太網的紅外熱成像攝像機，您可以簡化鎖定熱成像技術配置，允許2601B-PULSE控製測試過程

，同時使用PC運行熱量分析軟件
，如圖6所示。

圖6: 采用Keithley 2601B-PULSE的鎖定熱成像技術係統實例。

鎖定熱成像技術隻是迅速識別器件熱點


，縮小故障位置範圍，進而調查確定故障根本原因的技術之一。Keithley 2601B-PULSE之類的儀器和支持LAN/yitaiwangdehongwairechengxiangshexiangjixiangjiehe，zuidaxiandudijianshaolejichengxianjinyiqijinxingceliangdetiaozhan。suodingrechengxiangjishujianshaolepohuaixingceshixuqiu，bangzhukefuzaifengzhuangjijinxingguzhangfenxishimianlindetiaozhan
，jiakuaihuodesuoxuxinxidesudu
，tigaoguzhangfenxigongchengshideshijianliyongxiaolv
，jieyuejigouchengben。

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