掃描電鏡和離子研磨儀在電子器件失效分析中的應(yīng)用案例

電子器件失效的原因千千萬，其中引線框架表面的氧化狀態(tài)，對(duì)器件的焊接有直接的影響。銅基框架表面接觸氧氣和水氣，極容易被氧化，對(duì)后期器件焊接或者打線會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，所以需要關(guān)注框架銅表面的狀態(tài)，借助掃描電鏡（SEM）和能譜（EDS）抽檢以保證品質(zhì)極其重要。

在進(jìn)行電子器件失效分析時(shí)，首先觀察失效件表面的微觀形貌，飛納臺(tái)式掃描電鏡集成有背散射（BSD，明暗襯度明顯的成分像）和二次電子（SED，立體形貌像）兩種成像模式，兩種模式各有特點(diǎn)，可以呈現(xiàn)不同的細(xì)節(jié)信息。

經(jīng)過一次回流焊后銅框架表面氧化和其他揮份污染，變?yōu)榘导t色，焊接性能大大降低。飛納掃描電鏡可以設(shè)置同時(shí)采集 BSD 成分像和 SED 形貌像信號(hào)，可以提供 Mix（50%BSD + 50%SED，比例可以自選）模式，同時(shí)結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，形貌和成分兼顧。通過 Mix 模式圖，可以清晰看到高溫之后框架上表面暗紅色部位的形貌，推測(cè)為銅氧化“鍍層"，經(jīng)過測(cè)量厚度約為 273nm，結(jié)合掃描電鏡的能譜 EDS 成分信息分析，主要為銅、氧、碳及其他少量元素。

在對(duì)焊接部位的焊接情況進(jìn)行分析時(shí)，需要觀測(cè)該部位剖面的合金相分布情況，此時(shí)需要用到截面切削的制樣設(shè)備--離子研磨儀，進(jìn)行無應(yīng)力樣品切削制備后，使用掃描電鏡進(jìn)一步分析焊接情況。

飛納掃描電鏡提供的 Mix 模式兼顧 BSD & SED 形貌和成分，離子研磨儀切削后的焊錫截面內(nèi)可以看到氣孔（~1微米）和近銅界面的合金相。

Mix 模式離子研磨前后對(duì)比

進(jìn)一步結(jié)合 EDS 能譜面掃分析可知：銀-錫膏和銅面結(jié)合，界面有銅-錫為主合金化晶粒生長(zhǎng)，銅引腳有鍍鎳層，并在內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有大量的鐵富集相夾雜，近銅界面發(fā)現(xiàn)有氣孔存在。

焊錫截面 EDS 能譜面掃結(jié)果

電子元器件的失效原因有很多，本次分享的案例中主要關(guān)注引線框架表面的氧化狀態(tài)。本案例中使用離子研磨儀的制樣方法，搭配飛納掃描電鏡（SEM-EDS），結(jié)合掃描電鏡的背散射電子像、二次電子像、Mix 模式像以及能譜元素分析結(jié)果，清晰觀測(cè)了失效位置的形貌、相組成，并結(jié)合元素組成成分綜合分析了元器件失效的情況。