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1、wordEOS驗證與失效分析賴國印 失效分析與終端品質管理 全球製造摘要FAE遇到元件失效時，假如因無元件失效分析之能力，將失效元件送回廠商分析，但元件廠商的回覆報告有極大局部的失效原因為EOS 所導致， 造成時間和本钱的浪費。本文探討EOS之成因且對元件之失效分析應執行的驗證与處理流程，透過案例研討，期有效幫助工程師判斷電子元件失效的原因是否為EOS所造成，進而找到根本原因(Root Cause)。防止因EOS造成之失效元件送廠商分析所產生的時間和本钱的浪費。一. 前言EOS 是Electrical Overstress的簡稱，其造成電子元件失效之原理如同過電流流過保險絲產生熱能保險絲燒斷為
2、一样的道理。在大多數的失效案例中電子元件內部電路與地(GND) 或不同電位點之間形成短路，產生過電流而造成元件損壞為大多數電子元件失效的主要因素。此外有人會對EOS與ESD產生混淆，簡言之， ESD也是EOS的一種，但因ESD對電子元件的損害，其嚴重程度與能量大小有關。如果能量較小，可能只導致電子元件輕微的損壞影響其可靠度，並未造成立即的功能不良， 如果能量較大，可導致電子元件被擊穿或形成過電流對元件形成永久性損壞甚至燒毀，就是EOS。如下圖，為利用光學顯微鏡(圖A，B)与SEM(圖B，C)看到EOS的不良現象圖 A 圖B圖 C 圖D(圖片來源: VOLTERRA Silicon Power
3、Solutions ESD/EOS Differences)二. 為何要做EOS驗證根據電子元件業界常見的失效原因分析中，EOS佔了約47 %，如圖一所示。由此可知EOS 對製造業產生品質本钱的影響相當嚴重是所有電子元件失效原因之首。圖 1 失效原因比例分佈三.驗證流程与方法為因應EOS的問題，本單位發展出一套系統化的分析驗證与處理流程能讓失效分析工程師在第一時間澄清失效之電子元件是否EOS所造成，与時正確判斷不必將有EOS問題的電子元件送廠商分析而喪失尋找問題根本原因与解決問題之黃金時間。EOS驗證流程：Judgementn1ntCurve TracerVerificationSpecial
4、 ATE/Flying ProbeVerificationponent (Vendor)EOSponent NG (Vendor)Go “Vendor FA & SCARFind the Root Cause/Process Improvementponent NGOscilloscopeVerificationBaking & highlight the result in FA Report to Vendor 驗證方法：1.可使用Curve Tracer 曲線追蹤儀(如圖2) 來量測元件之DC 特性，如果經由Curve Tracer 檢查該元件之特性不符合原先的元件之規格，則可初步判斷可
5、能為EOS 。圖 2 曲線追蹤儀2.利用Special ATE /Flying Probe 來驗證a.可依照元件規格製作ATE測試治具(圖3)与測試程式(測試內容包含Open， Short， IC Diode &VCC ，Boundary Scan or XOR Tree 之量測)如同使用Curve Tracer判斷是否為EOS之一样原理，取得該元件之DC 特性參數藉以進行判斷是否為EOS。圖 3 ATE 治具b. Flying Probe (圖4)可依照元件規格製作Flying Probe測試夾邊治具，另取一片好的元件當樣品製作Flying Probe 測試程式，(測試內容包含Open， S
6、hort， IC Diode 對VCC 量測) 如同使用Curve Tracer判斷是否為EOS之一样原理，取得該元件之DC 特性參數藉以進行判斷是否為EOS。圖 4 ATE 治具3.考慮前各廠之設備並無Curve Tracer or Special ATE /Flying Probe時，可以利用示波器來量測元件之保護二極體特性曲線，此方法如同Curve Tracer判斷是否為EOS之一样原理， 取得該元件之DC 特性參數藉以進行判斷是否為EOS接線示意圖如下所示利用訊號產生器輸出正弦波，此時依據電子元件之規格找到需要量測之保護二極體後，依續將示波器的Ch1 當做X軸 (二極體的偏壓)，Ch2
7、當作Y軸(二極體的電流)，按照是意圖之訊號線接好後即可開始調整訊號產生器的DC offset，則可將二極體曲線呈現在示波器上。如果示波器上顯示的二極體曲線為橫線或縱線時，則可能此二極體已經形成開路或短路，該元件之特性已不符合原先的元件之規格，則可初步判斷可能為EOS 。上述方法對電子元件較不易損壞也較準確，但礙於設備缺乏時或遇到非常緊急的事件時，也可利用電錶做初步驗證動作，但須注意電錶會有較不穩的電壓或產生瞬間電壓，容易破壞元件內部之電性特性，所以使用時需在電錶與元件之間加上50 100 ohm 的電阻來濾波使得降低電錶對元件的傷害。如下針對電錶的量測方法加以說明：首先，針對元件使用電錶之Oh
8、m 檔來量測各內部電路對地(GND) or對電源 (VCC)之間的阻抗是否正常 (依據元件規格找出 IC的 Pin assignment用電錶來量測元件本體之二極體值， 再與功能不良IC 的二極體量測值作比較。)另外也可利用電錶之二極體檔來量測VCC & GND 之間的保護二極體是否短路或開路(正確的二極體值在0.7mv左右，當然也要與好的元件做比較) 圖四。如果其保護二極體不良，則較有可能是高電壓/電流擊穿保護二極體。原因為當逆向電壓增加到一定程度時，P-N二極體會變成導體，如再增加逆向電壓會使二極體燒毀，如果不良Sample較少時仍然需使用Curve Tracer or 來檢測，防止因本身
9、分析的問題導致元件被壞而找不到真正原因，如下圖為二極體之符號与電錶量測方法。二極體符號+-圖 5 電錶量測二極體的示意圖如下為元件規格所列之保護二極體做為參考保護二極體ImVccGndDUTInternallogicABVmVs四. 案例研討案例 無法開機 (No Power)於某某廠測試VOIP 時發現無法開機(No Power)的情形，經失效分析工程師針對無法開機的現象去量測 Super I/O訊號，其中發現Pin72 輸出電壓錯誤 (NG為 0.76V (Power on source) ，OK 輸出電壓為3V )，和pin67 輸出電壓為 0V(Vcch)，但正確為5V) 。經FAE驗
10、證該元件後判定為元件本體不良所致，因此將元件送廠商分析，經過了一個月左右廠商的回覆報告是EOS所造成元件損壞。(如圖6所示)Sample 1Pin67Sample 2Pin67圖 6 廠商分析結果為EOS此問題持續的發生(二至三個月)，經GFA 協同Site FAE到生產區分析產線測試情況，其中發現功能測試站使用的測試治具為Function BOX.然而Function Box 內部有一片Power Board卻未做絕緣的防護(容易形成短路)，同時發現Power Board 旁有可移動的錫渣。(如圖7所示)錫渣Power Board 未絕緣保護Power Board 有絕緣保護圖 7 Powe
11、r Board 未絕緣防護與錫渣因此研判是錫渣短路到Power board而形成開啟電源時產生瞬間異常電壓將電子元件(Super I/O) 的電路擊穿導致元件內部短路，(如下圖所示)經模擬驗證 (將錫球短路Power Board，即可複製一样的不良現象 ) 。 由此案例可見，失效分析工程師並沒有与時分析EOS導致元件失效，廠商分析的時間過於攏長錯過了在第一時間找到根本原因，經過此經驗來告訴我們失效分析工程師必須了解在第一時間澄清失效之電子元件是否EOS所造成的重要性，与時正確判斷不必將有EOS問題的電子元件送廠商分析而喪失尋找問題根本原因与解決問題之黃金時間。五. 結論EOS可視為電子元件失效之頭號殺手，因此本文所介紹之EOS驗證流程是本公司失效分析工程師必須嚴格遵守的工作紀律。而本單位在過去的一年中，也針對各廠區/工廠 失效分析工程師實施過相關之教育訓練，但除了失效分析工程師的確實執行外，其主管之督導與要求實為成功的關鍵因素。此外由於新技術的進步與發展，本單位將不斷的更新相關之訓練教材同時期盼所有失效分析工程師亦能回饋意見或方法，使本公司之失效分析工作能越做越好，進而提升公司整體競爭力！ /
