引言

三極管，是一種控制電流的半導體器件，其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，廣泛應用于通信產品、汽車控制電路和消費類電子產品。在整個BOM表中，三極管的價格相對低廉，其品控工作往往不被重視。但實例證明，很多產品級的故障，是三極管失效導致的。

三極管失效分析的目的是借助各種測試分析技術和分析程序確認三極管的失效現象，分辨其失效模式和失效機理，確認最終的失效原因，提出改進設計和制造工藝的建議，防止失效的重復出現，提高器件可靠性。

一、案例背景

某型號三極管在用戶端出現失效，表現為Q9輸出端電壓過低，電壓不足，電路無法啟動。

現委托方提供1pc拆解下的失效三極管，2pcs測試正常三極管進行分析，查找失效原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

對委托方提供的失效三極管、正常三極管進行外觀檢查，確認其表面是否存在明顯異常。

檢查結果顯示：失效三極管表面有比較明顯的助焊劑殘余，但未發現明顯裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印信息接近。

圖1. 失效三極管外觀檢查形貌

圖2. 正常三極管外觀檢查形貌

2. X-ray檢查

為確認失效三極管內部結構是否存在明顯缺陷，對失效三極管、正常三極管進行X-ray檢查。

結果顯示：失效三極管內部鍵合區域有疑似異常，與正常三極管比較，整個三極管框架存在較大差異。

圖3. 失效三極管X-ray檢查形貌

圖4. 正常三極管X-ray檢查形貌

3. 失效現象確認

為確認失效三極管的失效現象，對比測試失效三極管、正常三極管引腳間的半導體特性。

測試結果顯示：失效三極管引腳間半導體特性都表現為阻性，無明顯的三極管特性，與正常三極管引腳間的半導體特性存在較大差異，這是失效三極管在應用中表面失效的原因。（紅線為失效三極管引腳間半導體特性，藍線為正常三極管引腳間半導體特性。）

圖5. 引腳示意圖

圖6. 失效三極管、正常三極管引腳間半導體特性

4. 開封觀察

為確認失效三極管內部是否存在明顯的異常，對失效三極管、正常三極管進行開封觀察。

開封結果顯示：失效三極管的E極有明顯的燒毀現象，SEM形貌觀察發現燒毀區域有大量裂紋，正常三極管晶圓表面未發現明顯缺陷。

圖7. 失效三極管開封后形貌

圖8. 正常三極管開封后形貌

5. 切片分析

為確認失效三極管燒毀的可能原因，對其進行切片分析。

切片結果顯示：

（1）第一次切片發現燒毀區域有明顯裂紋，但底部晶圓區填充了粘接的銀漿，推測該區域的晶圓有缺陷現象；

（2）繼續切片后發現，燒毀區域消失，但晶圓中間部位及底部區域仍有裂紋，推測是裂紋引起的晶圓燒毀；從底部的形貌上觀察，晶圓有大量缺失，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說明在粘接晶圓時，晶圓本身就存在缺失及裂紋，因此晶圓本身存在質量缺陷。

圖9. 切片方向示意圖

圖10. 失效三極管第一次切片形貌

圖11. 失效三極管繼續切片后形貌

三、綜合分析

本案件為三極管在使用一段時間后出現失效，通過外觀檢查、X-ray檢查、失效現象確認、開封觀察、切片分析等測試后發現：

（1）失效三極管外觀除存在少量助焊劑殘余外未發現裂紋、破損等異常，表面絲印比較清晰，與正常三極管絲印比較接近；X-ray檢查發現失效三極管鍵合區域有疑似異常，經后續分析確認該位置為燒毀；

（2）通過引腳間的半導體特性測試，確認失效三極管引腳間半導體特性都為阻性，無三極管特性，這是三極管在電路中不能作用的原因；通過開封觀察，發現失效三極管晶圓存在明顯的燒毀及裂紋，燒毀主要集中在E極區域；

（3）為確認三極管E極燒毀的可能原因，對失效三極管進行切片分析，觀察燒毀區域的形貌；通過觀察發現：

① 第一次切片發現燒毀區域有明顯的裂紋及燒毀，且晶圓底部有明顯的銀漿填充，說明銀漿填充部位的晶圓有缺失現象；

② 繼續研磨后燒毀現象消失，但燒毀的其他區域裂紋依舊存在，說明是裂紋導致的燒毀；而在晶圓底部有明顯缺失及裂紋，缺失的部位填充了粘接料銀漿，說明晶圓缺失及裂紋是在粘接晶圓時就存在的。

綜上所述：三極管失效的原因是晶圓本身存在裂紋和缺失，使用一段時間后裂紋擴展到晶圓功能區導致三極管漏電，持續加電導致其燒毀。

四、結論與建議

1. 結論

三極管失效的原因為內部存在裂紋及燒毀，根本原因為三極管本身存在質量缺陷，在使用一段時間后燒毀失效。

2. 建議

加強來料品質管控，以預防失效為目的，對該型號三極管開展破壞性物理分析（DPA）。避免將有潛在缺陷的元器件裝機使用后，造成更大損失。

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