EOS验证与失效分析

EOS验证与失效分析

赖国印失效分析与终端质量管理全球制造

摘要

FAE遇到组件失效时，若因无组件失效分析之能力，将失效组件送回厂商分析，但组件厂商的回复报告有极大部分的失效原因为EOS 所导致，造成时间和成本的浪费。本文探讨EOS之成因且对组件之失效分析应执行的验证及处理流程，透过案例研讨，期有效帮助工程师判断电子组件失效的原因是否为EOS所造成，进而找到根本原因(Root Cause)。避免因EOS造成之失效组件送厂商分析所产生的时间和成本的浪费。

一. 前言

EOS 是"Electrical Overstress"的简称，其造成电子组件失效之原理如同过电流流过保险丝产生热能保险丝烧断为相同的道理。在大多数的失效案例中电子组件内部电路与地(GND) 或不同电位点之间形成短路，产生过电流而造成组件损坏为大多数电子组件失效的主要因素。

此外有人会对EOS与ESD产生混淆，简言之，ESD也是EOS的一种，但因ESD对电子组件的损害，其严重程度与能量大小有关。如果能量较小，可能只导致电子组件轻微的损坏影响其可靠度，并未造成立即的功能不良，如果能量较大，可导致电子组件被击穿或形成过电流对组件形成永久性损坏甚至烧毁，就是EOS。

如下图，为利用光学显微镜(图A，B)及SEM(图B，C)看到EOS的不良现象

图 C 图D

(图片来源: VOLTERRA Silicon Power Solutions –ESD/EOS Differences)

二. 为何要做EOS验证

根据电子组件业界常见的失效原因分析中，EOS占了约47 %，如图一所示。由此可知EOS 对制造业产生质量成本的影响相当严重是所有电子组件失效原因之首。

三. 验证流程及方法

为因应EOS的问题，本单位发展出一套系统化的分析验证及处理流程能让失效分析工程师在第一时间澄清失效之电子组件是否EOS所造成，及时正确判断不必将有EOS问题的电子组件送厂商分析而丧失寻找问题根本原因及解决问题之黄金时间。

EOS验证流程：

验证方法：

1.可使用Curve Tracer 曲线追踪仪(如图2) 来量测组件之DC 特性，如果经由Curve Tracer 检查该组件之特性不符合原先的组件之规格，则可初步判断可能为EOS 。

2.利用Special ATE /Flying Probe 来验证

a.可依照组件规格制作ATE测试治具(图3)及测试程序(测试内容包含Open，Short，IC Diode &VCC ，Boundary Scan or XOR Tree 之量测)如同使用Curve Tracer判断是否为EOS之相同原理，取得该组件之DC 特性参数藉以进行判断是否为EOS。

图 3 ATE 治具

b. Flying Probe (图4)

可依照组件规格制作Flying Probe测试夹边治具，另取一片好的组件当样品制作Flying Probe 测试程序，(测试内容包含Open，Short，IC Diode 对VCC 量测) 如同使用Curve Tracer判断是否为EOS之相同原理，取得该组件之DC 特性参数藉以进行判断是否为EOS。

3.考虑前各厂之设备并无Curve Tracer or Special ATE /Flying Probe时，可以利用示波器来量测组件之保护二极管特性曲线，此方法如同Curve Tracer判断是否为EOS之相同原理，取得该组件之DC 特性参数藉以进行判断是否为EOS

接线示意图如下所示

利用讯号产生器输出正弦波，此时依据电子组件之规格找到需要量测之保护二极管后，依续将示波器的Ch1 当做X轴(二极管的偏压)，Ch2当作Y轴(二极管的电流)，按照是意图之讯号线接好后即可开始调整讯号产生器的DC offset，则可将二极管曲线呈现在示波器上。如果示波器上显示的二极管曲线为横线或纵线时，则可能此二极管已经形成开路或短路，该组件之特性已不符合原先的组件之规格，则可初步判断可能为EOS 。

上述方法对电子组件较不易损坏也较准确，但碍于设备缺乏时或遇到非常紧急的事件时，也可利用电表做初步验证动作，但须注意电表会有较不稳的电压或产生瞬间电压，容易破坏组件内部之电性特性，所以使用时需在电表与组件之间加上50 ~100 ohm 的电阻来滤波使得降低电表对组件的伤害。

如下针对电表的量测方法加以说明：

首先，针对组件使用电表之Ohm 档来量测各内部电路对地(GND) or对电源(VCC)之间的阻抗是否正常(依据组件规格找出IC的Pin assignment用电表来量测组件本体之二极管值，再与功能不良IC 的二极管量测值作比较。)

另外也可利用电表之二极管档来量测VCC & GND 之间的保护二极管是否短路或开路(正确的二极管值在0.7mv左右，当然也要与好的组件做比较) 图四。如果其保护二极管不良，则较有可能是高电压/电流击穿保护二极管。原因为当逆向电压增加到一定程度时，P-N二极管会变成导体，如再增加逆向电压会使二极管烧毁，如果不良Sample较少时仍然需使用Curve Tracer or 来检测，防止因本身分析的问题导致组件被坏而找不到真正原因，如下图为二极管之符号及电表量测方法。

二极管符号

电表量测二极管的示意图

如下为组件规格所列之保护二极管做为参考

Vcc Gnd

0.7V

+ -

四. 案例研讨

案例无法开机(No Power)

于中山厂测试VOIP 时发现无法开机(No Power)的情形，经失效分析工程师针对无法开机的现象去量测Super I/O讯号，其中发现Pin72 输出电压错误(NG为0.76V (Power on source) ，OK 输出电压为3V )，和pin67 输出电压为0V(Vcch)，但正确为5V) 。

经FAE验证该组件后判定为组件本体不良所致，因此将组件送厂商分析，经过了一个月左右厂商的回复报告是”EOS”所造成组件损坏。(如图6所示)

图 6 厂商分析结果为EOS

此问题持续的发生(二至三个月)，经GFA 协同Site FAE到生产区分析产线测试情况，其中发现功能测试站使用的测试治具为”Function BOX”.然而Function Box 内部有一片Power Board 却未做绝缘的防护(容易形成短路)，同时发现Power Board 旁有可移动的锡渣。(如图7所示)

锡渣

Power Board 未绝缘保护

Power Board 有绝缘

图7 Power Board 未绝缘防护与锡渣

因此分析是锡渣短路到Power board而形成开启电源时产生瞬间异常电压将电子组件(Super I/O) 的电路击穿导致组件内部短路，(如下图所示)经模拟验证(将锡球短路Power Board，即可复制相同的不良现象) 。

由此案例可见，失效分析工程师并没有及时分析EOS导致组件失效，厂商分析的时间过于拢长