引言

在追求性能的元器件設(shè)計中，每一個微小的改動都可能牽一發(fā)而動全身。有時，為了實現(xiàn)某一性能指標(biāo)的提升，看似合理的優(yōu)化卻可能在不經(jīng)意間埋下隱患。今天，我們將深入剖析一起發(fā)生在某電子產(chǎn)品上的二極管短路故障案例，這起案例不僅揭示了故障的根源，更引人深思：當(dāng)供應(yīng)商為了提升產(chǎn)品性能而主動進(jìn)行設(shè)計變更時，我們該如何全面評估其對整個制造流程和最終產(chǎn)品可靠性的影響？

故障現(xiàn)象：突如其來的“罷工”

2023年5月，某消費(fèi)電子供應(yīng)商陸續(xù)接到客戶反饋，部分電子產(chǎn)品出現(xiàn)了無法正常啟動的異常情況。這些產(chǎn)品在出廠前經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，但在實際使用中卻遭遇了“黑屏”困境。經(jīng)過初步檢測，技術(shù)團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，這些失效產(chǎn)品內(nèi)部的關(guān)鍵保護(hù)元件——TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）器件， 其兩端赫然呈現(xiàn)出短路狀態(tài)。正是這一元件的失效，導(dǎo)致了整個電路的異常，使得產(chǎn)品無法正常開機(jī)。

深入分析：剝繭抽絲，探尋失效原因

故障現(xiàn)象明確，接下來便是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)——深入分析，找出導(dǎo)致TVS器件短路的真正原因。我們從多個維度展開了詳盡的失效分析。

1. 失效品物理特性分析

我們對失效的TVS器件進(jìn)行了分析，試圖從物理結(jié)構(gòu)上尋找導(dǎo)致失效的線索：

外觀檢查：失效產(chǎn)品外觀正常，沒有明顯的機(jī)械損傷痕跡。

電性分析：產(chǎn)品常規(guī)電性測試結(jié)果顯示全部短路。

X-RAY透視：通過X-RAY無損檢測，我們發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)部的焊接結(jié)構(gòu)正常，但在部分失效樣品中，可以觀察到明顯的燒毀點，這暗示了內(nèi)部可能存在擊穿。

開蓋觀察：去除塑封和錫膏后，失效芯片的金屬區(qū)與氧化區(qū)交界處，發(fā)現(xiàn)明顯的燒毀痕跡，部分芯片甚至因燒毀而導(dǎo)致了物理破損。

切片和SEM檢查：對芯片進(jìn)行切片和SEM檢查，發(fā)現(xiàn)氧化層和金屬焊盤交接位置存在裂紋。

初步判斷：綜合這些分析結(jié)果，我們初步推斷，芯片可能在某個環(huán)節(jié)受到了應(yīng)力損傷， 導(dǎo)致其金屬區(qū)與氧化區(qū)交界處產(chǎn)生微裂紋，客戶使用中繼續(xù)惡化發(fā)生燒毀導(dǎo)致早期失效。

2. 故障流出根因分析

為了驗證“應(yīng)力損傷”這一推斷，供應(yīng)商收集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以縮小排查方向，同時根據(jù)排查方向我們設(shè)計了一系列驗證實驗：

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)回溯：供應(yīng)商詳細(xì)審查了相關(guān)批次產(chǎn)品的生產(chǎn)測試數(shù)據(jù)和記錄，結(jié)果排除了產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中因漏測或性能不合格而流出的可能性。 但因采用動態(tài)PAT（Process Average Test）策略，因此漏電流測試前幾個樣品如存在漏電偏大但仍符合規(guī)格管控線時依舊會被歸為良品（其實是缺陷品/體質(zhì)較弱的樣品）出貨。--發(fā)現(xiàn)可疑方向，需進(jìn)行驗證

客戶端環(huán)境模擬測試：針對客戶端可能存在的過電壓或過浪涌環(huán)境，我們進(jìn)行了高壓帶電驗證和浪涌模型測試。實驗結(jié)果顯示，在模擬的異常環(huán)境下，我們無法復(fù)現(xiàn)客戶現(xiàn)場的失效模式，這排除了客戶端使用環(huán)境異常導(dǎo)致器件損壞的可能性。 --未發(fā)現(xiàn)異常

產(chǎn)品可靠性驗證：供應(yīng)商對庫存中的同型號產(chǎn)品隨機(jī)抽樣進(jìn)行了嚴(yán)格的可靠性測試，包括浪涌沖擊、 回流焊模擬以及高溫反偏（HTRB）等。結(jié)果表明，產(chǎn)品本身的可靠性設(shè)計和制造是符合標(biāo)準(zhǔn)的，排除了普遍性的可靠性缺陷。對數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)的漏電偏大（臨界）的樣品進(jìn)行可靠性試驗：這些漏電偏大的產(chǎn)品（盡管其漏電值仍在規(guī)格書允許范圍內(nèi)，屬于“臨界”狀態(tài)）在進(jìn)行長時間高溫反偏（HTRB）實驗時，竟然能夠成功復(fù)現(xiàn)客戶端的失效模式。這強(qiáng)烈暗示，這些看似“合格”的臨界產(chǎn)品，在特定應(yīng)力條件下，更容易發(fā)生失效。

故障產(chǎn)生根因鎖定：TVS在FT測試時，因測試策略問題（＜0.9μA+動態(tài)PAT管控），導(dǎo)致有缺陷的樣品流出，在最終客戶正常使用條件下發(fā)生“早夭”失效。

3. 故障產(chǎn)生根因分析

產(chǎn)生根因鎖定：經(jīng)過層層深入的分析和排除，我們將目光聚焦到了芯片設(shè)計與封裝工藝的結(jié)合點，最終鎖定了導(dǎo)致芯片應(yīng)力損傷的“元兇”——供應(yīng)商為提升二極管性能而主動增大的芯片凸臺尺寸，疊加批次間錫膏印刷量的波動，導(dǎo)致氧化層發(fā)生損傷。

凸臺尺寸增大，性能提升的“雙刃劍”：調(diào)查發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)商為了提升二極管的某些關(guān)鍵性能指標(biāo)，主動對芯片的凸臺尺寸進(jìn)行了增大。 然而，這一看似合理的性能優(yōu)化，卻未充分評估其對后續(xù)封裝工藝的影響。過大的凸臺尺寸疊加錫膏印刷的異常（如錫膏量偏大），在后續(xù)的固晶封裝過程中，會顯著增加對芯片鈍化層（氧化層）的機(jī)械擠壓。這種額外的機(jī)械應(yīng)力，是導(dǎo)致芯片內(nèi)部產(chǎn)生輕微裂紋損傷的關(guān)鍵因素。

應(yīng)力傳導(dǎo)與失效鏈，凸臺尺寸異常的連鎖反應(yīng):芯片鈍化層一旦出現(xiàn)微裂紋，便埋下了失效的隱患。當(dāng)產(chǎn)品在客戶應(yīng)用環(huán)境中工作時，即使是正常的電流通過，也會導(dǎo)致帶有微裂紋的芯片局部漏電增大，進(jìn)而產(chǎn)生局部發(fā)熱。這種熱應(yīng)力與電應(yīng)力的疊加作用，會加速裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致器件氧化層與金屬交界處嚴(yán)重?fù)p傷，引發(fā)器件擊穿短路失效。

4. 解決方案

測試策略優(yōu)化：將二極管的漏電測試標(biāo)準(zhǔn)管控線從0.9μA提升至0.1μA，并持續(xù)應(yīng)用靜態(tài)PAT篩選（定期刷新），以精準(zhǔn)地識別剔除潛在缺陷的樣品。

凸臺尺寸設(shè)計回退：將凸臺設(shè)計從1.3回退到1.0，并橫向展開其他系列規(guī)格的排查，要求凸臺設(shè)計需留有安全余量。