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电子器件失效分析:扫描电镜和离子研磨仪

2023-06-07
1254 作者: NTEK北测检测集团
本文关键词:
失效分析是对于电子元件失效原因进行诊断,在进行失效分析的过程中,往往需要借助仪器设备,以及化学类手段进行分析,以确认失效模式,提出改善预防措施。其中在进行微观形貌检测的时候,尤其是需要观察断面或者内部结构时,需要用到离子研磨仪+扫描电镜结合法,来进行失效分析研究。


电子器件失效分析:扫描电镜和离子研磨仪


谈到电子器件,电子器件的结构异常隐蔽性极强,此隐性忧患缺陷尺度等级,往往达到微米与纳米等级,且突发破坏率大,因此具有严重的危害性。阴险框架中的杂质、介在物、空洞、腐蚀开裂等都无法在后续加工中去除,反而容易造成更严重的破坏。

案例分析 
本次分享的案例中主要关注引线框架表面的氧化状态,使用离子研磨仪的制样方法,搭配日立冷场发射电镜(SEM-EDS),结合扫描电镜的背散射电子像、二次电子像以及能谱元素分析结果,清晰观测了失效位置的形貌、相组成,并结合元素组成成分综合分析了元器件失效的情况。

在进行电子器件失效分析时,首先观察失效件表面的微观形貌。日立冷场发射电镜背散射电子探测器和二次电子探测器,可给出样品成分和形貌信息,为您提供 两种成像模式:成分模式和形貌模式,两种模式各有特点,可以呈现不同的细节信息。


观察失效件表面的微观形貌


经过一次回流焊后铜框架表面氧化和其他挥份污染,变为暗红色,焊接性能大大降低。日立冷场发射电镜可以设置同时采集 BSD 成分像和 SED 形貌像信号,可以清晰看到高温之后框架上表面暗红色部位的形貌,推测为铜氧化“镀层”,结合扫描电镜的能谱 EDS 成分信息分析,主要为铜、氧、碳及其他少量元素。


电镜的能谱 EDS 成分信息分析


扫描电镜+离子研磨 

在对焊接部位的焊接情况进行分析时,需要对内部结构进行微观结构的观察和分析,内部的孔隙、不均匀等会导致其在使用过程中产生故障。观察焊接处的内部结构,就需要将焊接处进行切割。
传统的切磨方法会改变焊接处的断面结构,无法真实观察到焊接处的内部情况。使用离子研磨仪切割的方法,通过使用合适的能量离子枪,利用离子束进行剖面切削或表面抛光处理,可以有效解决以上问题。
日立冷场发射电镜搭配牛津能谱仪兼顾 SEM & EDS 形貌和成分,离子研磨仪切削后的焊锡截面内可以看到气孔和近铜界面的合金相。

扫描电镜+离子研磨


通过使用扫描电镜(SEM)+能谱(EDS)分析,发现银-锡膏和铜面结合,界面有铜-锡为主合金化晶粒生长,铜引脚有镀镍层,并在正常区存在气孔和大量的铁富集相夹杂。

扫描电镜+离子研磨

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