一、案例背景

使用半年多的燈具陸續出現不亮現象，經判斷是二極管失效導致燈具不亮。現進行測試分析，查找失效原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

對不良燈具上的二極管以及單體二極管不良樣品進行外觀檢查。結果未發現外觀上的明顯缺陷，比對絲印信息，失效二極管絲印型號與良品燈具線路板上的二極管不同，與單體良品二極管相同。后續只將失效二極管與單體良品二極管進行對比分析。

2. 電學性能測試

使用萬用表對樣品二極管的管壓降進行測量，NG#1和OK#1二極管在板測量，NG#2來樣為單體，直接測量。結果顯示NG二極管壓降為0V，即短路。OK#1二極管壓降與OK#2 壓降有差異，為型號上的原因。

3. X-ray檢查

通過X-ray對解焊后的NG二極管進行透視檢查。二極管是無鍵合結構，正負極都是粘結到引線框架上的。發現NG二極管晶圓側邊有明顯的陰影，疑似為金屬附著；OK二極管晶圓側邊也有陰影。

圖1. NG二極管解焊后X-ray檢查

圖2. OK二極管單體X-ray檢查

4. IV曲線測試

再次通過IV測試確認NG二極管為短路。

圖3. 樣品二極管IV曲線（紅色：NG樣品；藍色：OK樣品）

5. 開封晶圓分析

取NG和OK單體二極管進行開封取出晶圓觀察。可以看到NG二極管有源區并沒有燒毀，因此可以排除過電應力（EOS）。NG二極管晶圓邊緣有附著物殘留，觀察晶圓側邊有疑似附著物痕跡。OK二極管晶圓表面沒有發現附著物殘留，觀察晶圓側邊也有疑似附著物痕跡。因為二極管晶圓正負極都是通過粘結料連接到引線框架上的，在NG二極管晶圓邊緣的附著物殘留中檢測到Ag，因此推測附著物與晶圓粘結料有關。

圖4. NG二極管開封后晶圓形貌

圖5. OK二極管開封后晶圓形貌

圖6. NG二極管晶圓開封后SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

6. 切片分析

取X-ray檢查發現有明顯陰影的NG和OK二極管進行縱向切片觀察。發現NG 晶圓側邊光學顯微鏡暗場下側邊有亮線，即存在界面分層，明場下有金屬連接路徑，晶圓粘結底部塑封界面有大空洞。OK晶圓側邊有金屬顆粒，但未形成正極到負極的連通路徑。

電子顯微鏡（SEM）下觀察NG二極管晶圓側邊連接路徑上分布有金屬顆粒，側邊晶圓界面可見分層，經過EDS成分分析，金屬顆粒成分為Pb/Sn/Ag，與粘結料成分相同。OK二極管晶圓側邊金屬顆粒成分Pb/Sn，與粘結料主成分一致。

綜合可知，NG二極管因為晶圓側邊粘結料形成了連通，構成了短路。

圖7. NG 二極管縱向切片光學顯微形貌

圖8. OK二極管縱切光學顯微形貌

圖9. NG二極管縱切SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

圖10. OK二極管縱切SEM形貌與EDS成分分析（Pt為制樣噴涂）

7. 驗證試驗

取NG二極管，從正極向下平面研磨，待露出晶圓輪廓后，進行熱點定位，定位結果顯示熱點在晶圓一側邊緣。將晶圓熱點位置表面研磨掉，然后用萬用表測量二極管的管壓降，此時顯示二極管已經不再短路，壓降與正常樣品接近。此驗證試驗結果進一步說明NG二極管短路的原因是在晶圓表面和側面從正極到負極形成了金屬連通的路徑。

圖11. NG二極管熱點定位

三、總結分析

外觀檢查不良燈具上的二極管和單體不良二極管未發現外觀上的明顯缺陷。失效二極管絲印型號與良品燈具線路板上的二極管不同，與單體良品二極管相同。后續只將失效二極管與單體良品二極管進行對比分析。

電學測量證實失效二極管都是短路。X-ray檢查發現二極管是無鍵合結構，正負極都是粘結到引線框架上的。NG二極管晶圓側邊有明顯的陰影，疑似為金屬附著， OK二極管晶圓側邊也有陰影。

開封取出NG二極管晶圓觀察發現有源區并沒有燒毀，因此可以排除EOS。但二極管晶圓邊緣有附著物殘留，觀察晶圓側邊有疑似附著物痕跡。OK二極管晶圓表面沒有發現附著物殘留，但晶圓側邊也有疑似附著物痕跡。因為二極管晶圓正負極都是通過粘結料連接到引線框架上的，在這顆NG二極管晶圓邊緣的附著物殘留中檢測到Ag，因此推測附著物與晶圓粘結料有關。

取X-ray檢查發現有明顯陰影的NG和OK二極管進行縱向切片觀察。發現NG晶圓側邊光學顯微鏡暗場下側邊有亮線，即存在界面分層，明場下有金屬連接路徑，晶圓粘結底部塑封界面有大空洞。OK晶圓側邊有金屬顆粒，但未形成正極到負極的連通路徑。

SEM下觀察NG二極管晶圓側邊連接路徑上分布有金屬顆粒，側邊晶圓界面可見分層，經過EDS成分分析，金屬顆粒成分為Pb/Sn/Ag，與粘結料成分相同。OK二極管晶圓側邊金屬顆粒成分Pb/Sn，與粘結料主成分一致。因此可知NG二極管因為晶圓側邊粘結料形成了連通，構成了短路。

取NG二極管，從正極向下平面研磨，待露出晶圓輪廓后，進行熱點定位，定位結果顯示熱點在晶圓一側邊緣。將晶圓熱點位置表面研磨掉，然后用萬用表測量二極管的管壓降，此時顯示二極管已經不再短路，壓降與正常樣品接近。此驗證試驗結果進一步說明NG二極管短路的原因是在晶圓表面和側面從正極到負極形成了金屬連通的路徑。

四、結論與建議

綜上所述，可知NG二極管短路是因為晶圓表面和側面從正極到負極形成了金屬連通的路徑。二極管晶圓本體未發現燒毀，電性正常，排除EOS。良品未使用的二極管晶圓側邊也存在粘結料顆粒，但未形成短路的通路。

隨著二極管使用過程中當晶圓側面塑封界面發生分層，尤其是在存在空洞的情況下，粘結料中的金屬原子發生遷移（Ag/Sn/Pb都是容易發生遷移的，其中Ag原子的遷移能力最強），就導致短路通路形成。因為晶圓封裝后側邊就存在散落的粘結料顆粒，遷移路徑已經被大大縮短，二極管短路也就在短期使用過程中陸續出。

改善建議

鑒于二極管物料存在封裝不良的缺陷，建議加強二極管來料檢驗和破壞性物料分析（DPA）。

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