【導讀】半導體公司和半導體科研人員一直在尋求各種方式，來讓器件問題發生在實驗室中
，而不是發生在現場。故障分析(FA)工程師用了無數個小時，試圖了解器件為什麼會發生故障，在將來怎樣才能防止故障。

半導體公司和半導體科研人員一直在尋求各種方式，來讓器件問題發生在實驗室中
，而不是發生在現場。故障分析(FA)工gong程cheng師shi用yong了le無wu數shu個ge小xiao時shi，試shi圖tu了le解jie器qi件jian為wei什shen麼me會hui發fa生sheng故gu障zhang，在zai將jiang來lai怎zen樣yang才cai能neng防fang止zhi故gu障zhang。這zhe一yi點dian至zhi關guan重zhong要yao，因yin為wei許xu多duo器qi件jian用yong於yu關guan鍵jian事shi務wu型xing應ying用yong中zhong
，在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong，正zheng如ru阿e波bo羅luo13號航天飛行首席飛控主任Gene Kranz所說，“故障絕不能成為選項”。但器件故障卻經常發生。

weidianziguzhangfenxishizhenduanqijianfashengdewentisuoshiyongdezhuyaofenxifangfazhiyi，buguanwentichuxianzaizhuzaojieduan
，haishichuxianzaiyingyongfengzhuangshiyongshi。bandaotiqijiandianqiguzhangkeyishigongnengguzhang，yekeyishicanshuguzhang。zaiqijianbunengshixianyujigongnengshi

，zhezhongguzhangshiweigongnengguzhang。zaiqijianbunengdadaokeduliangtediandedianqiguifanshi，zhezhongguzhangshiweicanshuguzhang。xieloudianliushidianxingdecanshuguzhang，qikenengyuqijiandegongnengwuguan。yinci
，jishiqijiangongnengzhengchanghuonenggoushixianyujigongneng，qirengkenengcunzaicanshuguzhang。

怎樣執行故障分析？

圖1: 吉時利為檢驗故障提供的I-V曲線示圖儀解決方案。

半導體器件故障分析技術有很多。快速簡單的驗證測試需要使用源測量單元(SMU)，可以以異常方式上升到I-V曲線
，然後使用SMU無縫深入其行為
，最大限度地減少進一步損壞(可能)已損壞的器件的風險。

在I-V曲線示圖之外，測試分成破壞性測試和非破壞性測試。工程師的目標是確定導致器件故障模式的故障機製。這些故障機製既可能來自IC中潛在的問題線路，也可能來自本地散熱
，還可能來自電源或信號線之間的短路、氧化物或聯結擊穿、閉鎖等等。遺憾的是
，破壞性測試通常在大部分分析工作中必不可少。開封、金屬線切割、橫heng截jie麵mian等deng任ren務wu都dou屬shu於yu破po壞huai性xing測ce試shi技ji術shu。如ru果guo過guo早zao地di執zhi行xing這zhe些xie程cheng序xu，那na麼me會hui導dao致zhi不bu可ke逆ni轉zhuan的de損sun壞huai和he毀hui壞huai式shi分fen析xi，而er忽hu略lve了le為wei此ci付fu出chu的de資zi源yuan代dai價jia。

非破壞性故障評測在曆史上一直是一種可視化流程
，使用傳輸電子顯微鏡和X射線檢測係統之類的工具來完成。這些工具的價格非常高。比較經濟的另一種技術是鎖定熱成像技術(LiT)。LiT解決了客戶麵臨的多個挑戰：

·不想破壞寶貴的被測器件(DUT)。

·需要一種簡便的方式，定期調試DUT中消耗的功率的幅度。

·更快地隔離封裝器件中的問題站點或熱點，降低成本，更快地找到所需信息。

圖2: 鎖定熱成像技術可以迅速識別封裝半導體器件中的熱點。霍爾傳感器電路2的幅度圖像(a)，相位圖像(b)
，ε校正後0°圖像(c; b中指明區域的0°/-90°圖像)，從(c)中以數字方式去卷積的功耗(d)。

為什麼采用鎖定熱成像技術?

鎖定熱成像技術是一種有源熱成像技術，用來分析微電子器件或比較常用的材料樣本
，以檢測缺陷、損壞，或表征潛在的鑄造問題。LiT允許使用紅外熱成像攝像機
，無接觸測量表麵溫度。之所以叫“鎖定”
，是因為攝像機的采集速率必須與電路激發同步。

LiTyimaichongshidianxinhaodexingshiduibeiceqijianyingyongdingqirejifa，ranhoushiyongrechengxiangshexiangjijiancewendubianhua。rechengxiangshexiangjibuhuoduogekuaisucaiji，shiyonghouchulisuanfajinxingjisuan。duibandaotifengzhuangqijian，guzhangfenxigongchengshikeyikancefengzhuangbiaomian，xunsushibiejubuhuaredian，tigaofengzhuangbiaomiandefenbianlvhewendufenbu。

泰克/吉時利為鎖定熱成像技術搭建有效的解決方案

典型的鎖定熱成像技術係統圖如圖3所示。

圖3: 典型的鎖定熱成像技術係統的方框圖。1

可以使用相應的可編程任意函數發生器、電壓脈衝源或電流源發生器，而不是硬件計數器和脈衝式電源，來滿足上麵的應用。例如，電流脈衝器可以輸出脈寬非常小的高達10 A @ 10 V的電流脈衝。

許(xu)多(duo)故(gu)障(zhang)分(fen)析(xi)工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)全(quan)內(nei)置(zhi)儀(yi)器(qi)來(lai)應(ying)對(dui)挑(tiao)戰(zhan)
，這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)要(yao)包(bao)括(kuo)內(nei)置(zhi)編(bian)程(cheng)功(gong)能(neng)協(xie)調(tiao)分(fen)析(xi)過(guo)程(cheng)
，並(bing)包(bao)括(kuo)鎖(suo)定(ding)功(gong)能(neng)及(ji)熱(re)成(cheng)像(xiang)攝(she)像(xiang)機(ji)。為(wei)此(ci)

，泰(tai)克(ke)科(ke)技(ji)旗(qi)下(xia)公(gong)司(si)吉(ji)時(shi)利(li)開(kai)發(fa)了(le)2601B-PULSE System SourceMeter® 10 μs脈衝器/SMU儀器。

圖4: 吉時利2601B-PULSE係統源表10 μs脈衝器/SMU儀器。

2601B-PULSE是一種高電流/高速脈衝器，擁有測量功能及傳統源測量單元的全部功能。這種新型脈衝器提供了領先的10 A @ 10 V電流脈衝輸出
，最小脈寬10 μs
，並擁有快速上升時間
，如圖5所示。

圖5: 高保真10A、10ms脈衝
，用於故障器件。

該儀器還有一種內置定時器功能，不再需要使用外部時間基準。內置定時器有一個自由運行的47位計數器及1 MHz時鍾輸入。定時器的分辨率為1 μs，準確度為±100 ppm。根據圖3中的示意圖，2601B-PULSE代替了脈衝式電源和硬件計數器。

通過使用2601B-PULSE脈衝器/SMU及支持LAN/以太網的紅外熱成像攝像機，您可以簡化鎖定熱成像技術配置，允許2601B-PULSE控製測試過程，同時使用PC運行熱量分析軟件
，如圖6所示。

圖6: 采用Keithley 2601B-PULSE的鎖定熱成像技術係統實例。

鎖定熱成像技術隻是迅速識別器件熱點，縮小故障位置範圍，進而調查確定故障根本原因的技術之一。Keithley 2601B-PULSE之類的儀器和支持LAN/以yi太tai網wang的de紅hong外wai熱re成cheng像xiang攝she像xiang機ji相xiang結jie合he，最zui大da限xian度du地di減jian少shao了le集ji成cheng先xian進jin儀yi器qi進jin行xing測ce量liang的de挑tiao戰zhan。鎖suo定ding熱re成cheng像xiang技ji術shu減jian少shao了le破po壞huai性xing測ce試shi需xu求qiu，幫bang助zhu克ke服fu在zai封feng裝zhuang級ji進jin行xing故gu障zhang分fen析xi時shi麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan，加jia快kuai獲huo得de所suo需xu信xin息xi的de速su度du，提ti高gao故gu障zhang分fen析xi工gong程cheng師shi的de時shi間jian利li用yong效xiao率lv，節jie約yue機ji構gou成cheng本ben。

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（作者：泰克科技技術大咖）

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