排阻漏电失效分析
2015-04-13
美信检测 失效分析实验室
1.前言
电阻在当今电子产业中仍然是使用最广泛的电子元件之一，其在电子电路中的通常起到限流、分压等作用。根据材料、结构等不同有多种不同的分类。排阻是一类特殊的电阻器，又称为网络电阻器，是由若干个电阻组合在一起封装而成。本文中所涉及到的排阻属于双列直插塑封封装，其单排相邻引脚间无电气连接，两排相对的引脚为单独电阻。该排阻在组装到电子产品中后，部分产品出现工作一段时间后功能失效。经查，单排个别相邻引脚间存在漏电导致了产品的本次失效。但其现象比较特殊，失效产品在刚启动工作的前段时间表现正常，失效出现在工作一段时间后。且待机器隔段时间再启动，也要正常工作一段时间后才出现失效现象。
2.排阻漏电原因探究
2.1原因分析
造成工作一段时间后才能出现失效现象的原因且能恢复得原因应该与温度相关。该排阻结构较为简单，其单排相邻引脚间无电气连接，即应为绝缘状态。其工作一段时间后，单排相邻引脚间会出现漏电现象，即工作一段时间后出现了电气连接通道。而这个通道是如何形成的，正是本次分析应该寻找的失效机理。
2.2分析方案
首先，我们需要对本次失效制定一份合理的失效分析方案。合理的失效分析方案能提高整个失效分析的成功率和效率，当然不可避免的会在失效分析过程中遇到不可预见的因素导致失效分析方案的临时调整。初步的失效分析方案如下：
①外观检查：利用体视显微镜对样品的外观进行检查，确认样品是否存在外观破损或裂纹等异常。
②电特性检查：常温时，测量样品单排相邻引脚间电阻阻值，确认其常温时单排相邻引脚间时都满足电气绝缘要求。若常温时无异常，则利用烘箱对样品进行烘烤，烘烤结束后立即对单排相邻引脚间电阻阻值进行测量。
③X-RAY检查：利用X射线透视，检查封装内部是否单排相邻引脚间存在金属连接。
④C-SAM检查：利用超声波扫描，确认塑封封装与电阻基体及电阻膜之间是否存在分层现象。
⑤De-cap检查：对样品进行开封，然后利用金相显微镜对开封后的电阻基体及电阻膜表面进行观察，寻找异常。
⑥SEM/EDS分析：利用SEM对开封后的样品表面进行形貌观察，寻找异常点。然后利用EDS对异常点进行成分分析。
2.3实验结果及分析
①通过对样品的外观检查，我们并未发现NG品上存在裂纹或断裂异常，通过与OK品进行外观形貌对比，亦未发现异常。典型图片如下：
② 样品在常温电测时，单排相邻引脚间皆表现为绝缘状态。而在高温烘烤后，某些单排相邻引脚间出现了10兆欧左右的电阻。再对排阻进行烘烤干燥试验，干燥其内部水分，出箱不等冷却，立即对漏电引脚间进行电阻阻值测量，阻值仍为10兆欧左右。
③ 经X-RAY无损检测，未发现引脚间存在金属连接情况。典型图片如下：
④ 通过C-SAM扫描发现了NG品内部均存在分层现象，也有部分上过整机的OK品存在分层现象，但再来料排阻样品中未发现分层现象。据了解，该排阻的湿度敏感等级为1，及对湿度不敏感。工厂对这类器件一般不会采取上机前烘烤措施。因此，其分层现象最有可能湿气侵入塑封内部，而在贴装前未经烘干，过回流炉后，导致样品分层。在典型图片如下：
图五、样品C-SAM图片
⑤ DE-CAP后，金相显微镜观察发现，NG样品相邻引脚间存在碎屑现象。典型图片如下：
⑥ SEM形貌检查发现OK品某些单排相邻引脚间也存在碎屑状物质，且内部焊点焊料表面呈流沙状，与正常Sn-Pb焊点形貌不一致。经EDS成分分析，排阻中存在两类碎屑状物质，一类是电阻膜材料，另一类是Sn-Pb焊料碎屑，且排阻内部焊点焊料及引脚间碎屑焊料Sn-Pb成分比例异常。典型图片如下：
⑦ 对样品做剖切面，观察排阻内部焊点剖面形貌和成分比例，发现焊点剖切面呈现多孔及颗粒状，显得不够致密，与正常Sn-Pb焊点形貌不一致。典型图片如下：
3.失效机理分析
散布在排阻单排相邻引脚间的碎屑状的电阻膜及Sn-Pb焊料在高温状态下电子获得能量，穿越接触势垒进入到绝缘基体中，在引脚间电压的作用下形成电流通道。从而导致了高温下排阻单排相邻引脚间的漏电。
4.分析结论
本次漏电失效是由存在于引脚间的电阻膜碎屑和Sn-Pb焊料碎屑导致。而电阻膜碎屑形成的原因可能是电阻膜形貌刻蚀时未蚀刻干净的残留。焊料碎屑可能是异常Sn-Pb成分比例的焊料疏松导致某些生产或封装过程散落在引脚间。
