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掃描電鏡和離子研磨儀在電子器件失效分析中的應用案例

發(fā)布時間: 2023-12-27  點擊次數(shù): 1320次

掃描電鏡和離子研磨儀在電子器件失效分析中的應用案例


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,對后期器件焊接或者打線會產(chǎn)生負面的影響,所以需要關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。


   

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在進行電子器件失效分析時,首先觀察失效件表面的微觀形貌,飛納臺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,可以呈現(xiàn)不同的細節(jié)信息。

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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置同時采集 BSD 成分像和 SED 形貌像信號,可以提供 Mix(50%BSD + 50%SED,比例可以自選)模式,同時結合兩者優(yōu)點,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,推測為銅氧化“鍍層",經(jīng)過測量厚度約為 273nm,結合掃描電鏡的能譜 EDS 成分信息分析,主要為銅、氧、碳及其他少量元素。

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在對焊接部位的焊接情況進行分析時,需要觀測該部位剖面的合金相分布情況,此時需要用到截面切削的制樣設備--離子研磨儀,進行無應力樣品切削制備后,使用掃描電鏡進一步分析焊接情況。

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。

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Mix 模式離子研磨前后對比


進一步結合 EDS 能譜面掃分析可知:銀-錫膏和銅面結合,界面有銅-錫為主合金化晶粒生長,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果,清晰觀測了失效位置的形貌、相組成,并結合元素組成成分綜合分析了元器件失效的情況。

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