印制板及其組件(PCB&PCBA)是電子產品的核心部件，PCB&PCBA的可靠性直接決定了電子產品的可靠性。為了保證和提高電子產品的質量和可靠性，對失效進行全面的理化分析，確認失效的內在機理，從而有針對性地提出改善措施。
電子元器件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電子元器件的失效現象，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，提高元器件可靠性。
集成電路復雜度與性能要求的持續攀升，疊加設計、制造、封裝及應用環節的潛在風險，導致短路、開路、漏電、燒毀、參數漂移等關鍵失效模式頻發。這不僅造成昂貴的器件報廢與系統宕機，更常引發設計方、代工廠、封測廠與終端用戶間的責任爭議，帶來重大經濟損失與信譽風險。
高分子材料性能要求持續提升，而客戶對高要求產品及工藝的理解差異，導致斷裂、開裂、腐蝕、變色等典型失效頻發，常引發供應商與用戶間的責任糾紛及重大經濟損失。
金屬構件服役環境日益苛刻，對材料性能和結構可靠性提出更高要求。然而，設計缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不當使用等因素，極易引發疲勞斷裂、應力腐蝕開裂、氫脆、蠕變、磨損、過載變形等典型失效。
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工程師必讀：SiC功率模塊失效真相與改進建議
發布時間： 2025-03-19 00:00
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SiC半橋模塊作為新一代功率半導體器件，在電力電子產業中發揮著重要作用。它憑借高耐壓、低損耗、高效率等特性，顯著提升了電力轉換系統的性能。在新能源汽車、光伏、儲能等領域，SiC半橋模塊的應用有效降低了能耗，提高了系統效率和可靠性。

某SiC半橋模塊在試驗后出現失效，柵極電阻異常降低（10Ω/30Ω，正常為無窮大），DS端短路。現對3pcs NG模塊2個OK模塊進行失效分析，查找其失效原因。

1.外觀&無損檢測

所有模塊外觀未發現開裂、變形、燒焦異常。絲印型號等信息有被打磨痕跡，引腳有焊錫殘留，有解焊的痕跡。對3pcs NG模塊進行透視檢查，結果顯示：3pcs NG模塊無損檢測未發現鍵合絲斷裂、交叉現象，內部未發現有明顯燒毀現象。

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2.IV曲線

NG模塊由上下兩個MOS（T1和T2）組成，其中下MOS管（T2）明顯電學特征異常。

NG1/NG2：下MOS管G-S極短路，D-S極漏電；

NG 3：下MOS管G-D-S極兩兩短路。

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3.C-SAM檢測

發現NG3下MOS區域存在嚴重分層，結合電學特征，NG3應該出現了嚴重燒毀。其他失效模塊及正常模塊無分層異常，僅OK1模塊C-SAM檢查發現基板邊緣位置有分層。

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4.開封

NG3發現下MOS管芯片組中最左側的芯片嚴重燒毀。從燒毀形貌分析為過流熱致燒毀。NG1和NG2未發現下MOS芯片組明顯燒毀。

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5.缺陷定位&顯微分析

對開封后未發現明顯燒毀的NG1和NG2進行缺陷定位，發現：

NG1缺陷定位顯示左起第5個MOS芯片上有異常熱點。

NG2缺陷定位顯示左起第3個MOS芯片上有異常熱點，柵極串聯電路上有干擾熱點。

光學/SEM觀察NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置，未發現明顯異常。

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6.去層觀察（以NG1為例）

NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置表面未發現有明顯異常，故需要觀察襯底。NG1與NG2的失效模式相同，均因柵極過電壓導致擊穿，故以NG1為例進行詳細分析。

圖片顯示NG1在去層后襯底上對應異常熱點的位置有一個電擊穿孔。

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由上述可知NG1的下MOS的GS之間短路是由于柵介質層被電擊穿所致。因MOS管的柵極對過電壓敏感，推斷NG1和NG2是由于下MOS柵極有發生了過電壓。該過電壓可能是ESD，也有可能是異常的浪涌電壓。

7.總結

NG3下MOS管的一個芯片因過流熱致燒毀而G、D、S兩兩短路失效。

NG1和NG2下MOS因柵極過電壓擊穿而GS短路失效。

8.建議

1）對于過電流熱致燒毀，需要改善散熱；

2）對于柵極過電壓擊穿，建議做好ESD防護和柵極浪涌電壓抑制。


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