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[摘 要]本文通过一个由于MBRS260型表面贴装肖特基二极管失效导致模块不工作的案例入手，采取一些电子元器件失效分析技术进行分析，从而得出比较准确的故障件失效模式，同时根据此失效模式初浅的提出一些工艺改进建议。
[关键词]肖特基二极管；MBRS260；失效分析
中图分类号：TN311.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0272-02
1 引言
同普通硅二极管一样，肖特基二极管也是具有单向导电特性的硅二极管。不同的是，普通二极管的工作是利用半导体PN结的单向导电特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体接触产生的势垒而起到单向导电作用，它是以多数载流子工作的整流器件，因而在开关时没有少数载流子的存储电荷和移动效应。所以，肖特基二极管的开关速度非常快，反向恢复时间trr很短；同时，其正向压降VF较小，尤其适用于高速开关电路和低压大电流输出电路，具有较高的整流效率和可靠性。某控制器模块的电源即选用了肖特基二极管MBRS260，电源电压通过MBRS260后再经过一个π型滤波器给集成电路供电。某批次产品中有1只控制器模块在总装后发现工作不正常，用数字万用表对各级电压进行测试，发现后级的集成电路的电源电压均为0V，经排查确定为MBRS260失效。但当把故障件从模块印制板上拆出来后测试直流电阻约为19Ω，器件表现为击穿短路失效模式；若该器件是由于击穿导致短路，则不会导致该路电源掉电。为了找到该器件的最终失效原因，需要借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程，分辨失效模式或机理[1]，并同时提出一些装配、调试工艺上的改进建议。
2 机理分析
常规肖特基二极管对ESD不敏感，其使用中的主要失效模式常为正向过流烧毁或反向过压击穿[2]。为了准确定位故障件的失效模式，需采取一些电子元器件的失效分析技术进行分析，常用的分析技术有以下几种：
（1）电性能测试及外观检验；
（2）X光透射检查仪；
（3）超声显微镜：非破坏性、可分层、A-SCAN点扫描、B-SCAN、截面扫描、C-SCAN、水平面扫描；
（4）红外热像仪：温度分布，（需开盖，或封盖前检查）；
（5）扫描电子显微镜（SEM）微区形貌；
（6）俄歇谱（Auger）：成分，成分深度分布；
（7）莫尔干涉仪：形变和受应力情况；
（8）有限元分析：热、热力。
本文根据实际需要，通过外观检查、X-RAY内部透视、超声波测试、电参数测试、特性曲线扫描、开封检查等几个步骤进行分析，并得出失效原因。具体如下：
2.1 外观检查
在50倍光学显微镜下对失效样品进行观察，样品管体标识清楚、外观未见异常，具体情况如图1～图2所示。
2.2 X-RAY内部透视
通过X光透视未见产品存在异常空洞，具体情况如图3所示。
2.3 超声波测试
采用HS-1000型超声波测试系统对正常样品与失效样品进行对比测试，发现失效样品框架存在分层现象（图5红色部位），但芯片与连接部位均未见分层现象，因此判断失效样品并非由于分层出现散热不均而导致产品热击穿。具体见图4、图5所示。
2.4 电参数测试
采用881-TT/P计算机测试系统对正常样品与失效样品进行对比测试，电参数要求参考ON公司MBRS260数据手册[3]，测试结果（TA=24℃）见下表1。
通过测试数据可见失效产品正向、反向均短路。
2.5 特性曲线扫描
对失效样品用QT-2型晶体管特性图示仪扫描特性曲线，其结果为正向与反向特性曲线表现为短路如图6、图7所示，正常样品的反向特性见下图8所示：
2.6 开封检查
将失效样品通过化学方法开封，开封过程中在未加外力的情况下，产品上引线与芯片自然脱离，对其进行去离子水清洗后，通过高倍显微镜观察，发现上引线粘附有部分芯片，且存在明显的烧毁面（见图10所示），同时伴有芯片炸裂现象，显然产品是由于出现了较大的正向电流烧毁，可以排除反响击穿的可能。定义该失效现象为：过流引发的热点集中烧毁现象。
3 失效原因分析
经以上综合分析，该只MBRS260的失效模式为电路回路中出现过流情况，导致芯片烧毁断裂。故障件拆卸后测试后，判断该只MBRS260器件是击穿短路失效（直流电阻约为19欧姆）模式，与分析后得出的结论刚好相反，该情况我们进行了深层次的分析：若MBRS260器件是击穿短路失效，那么不会导致该路电源掉电，更不可能发生将该只MBRS260器件短路而使电源恢复情况。显然，从故障现象看，掉电的结果必然是MBRS260器件断路所致，而测试的MBRS260器件击穿短路失效以及测试到为直流电阻19欧姆的情况应该是拆机时的二次伤害造成。
4 结论
本文通过一些常用的电子元器件失效分析技术对故障肖特基二极管进行了分析，得出了该器件是由于该电源回路中发生过短路情况，瞬间的极大电流击穿烧断芯片，使芯片炸裂而失效，同时推断是由于拆机时的二次伤害造成了故障件有短路现象。针对这种失效模式我提出应在以下两个方向进行工艺改进：
1）避免发生带电装配、拆机的情况；
2）调试、测试过程中，避免造成模块绝缘不良或瞬间短路情况。
参考文献
[1] 恩云飞，罗宏伟，来萍.电子元器件失效分析及技术发展[J].失效分析与预防，2006，1（1）：40-41.
[2] 张安康.微电子器件与电路可靠性[M].3版.北京：电子工业出版社，1992，125-130.
[3] ON Semiconductor.MBRS260T3/D Datasheet[Z].2005.8.
[关键词]肖特基二极管；MBRS260；失效分析
中图分类号：TN311.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0272-02
1 引言
同普通硅二极管一样，肖特基二极管也是具有单向导电特性的硅二极管。不同的是，普通二极管的工作是利用半导体PN结的单向导电特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体接触产生的势垒而起到单向导电作用，它是以多数载流子工作的整流器件，因而在开关时没有少数载流子的存储电荷和移动效应。所以，肖特基二极管的开关速度非常快，反向恢复时间trr很短；同时，其正向压降VF较小，尤其适用于高速开关电路和低压大电流输出电路，具有较高的整流效率和可靠性。某控制器模块的电源即选用了肖特基二极管MBRS260，电源电压通过MBRS260后再经过一个π型滤波器给集成电路供电。某批次产品中有1只控制器模块在总装后发现工作不正常，用数字万用表对各级电压进行测试，发现后级的集成电路的电源电压均为0V，经排查确定为MBRS260失效。但当把故障件从模块印制板上拆出来后测试直流电阻约为19Ω，器件表现为击穿短路失效模式；若该器件是由于击穿导致短路，则不会导致该路电源掉电。为了找到该器件的最终失效原因，需要借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程，分辨失效模式或机理[1]，并同时提出一些装配、调试工艺上的改进建议。
2 机理分析
常规肖特基二极管对ESD不敏感，其使用中的主要失效模式常为正向过流烧毁或反向过压击穿[2]。为了准确定位故障件的失效模式，需采取一些电子元器件的失效分析技术进行分析，常用的分析技术有以下几种：
（1）电性能测试及外观检验；
（2）X光透射检查仪；
（3）超声显微镜：非破坏性、可分层、A-SCAN点扫描、B-SCAN、截面扫描、C-SCAN、水平面扫描；
（4）红外热像仪：温度分布，（需开盖，或封盖前检查）；
（5）扫描电子显微镜（SEM）微区形貌；
（6）俄歇谱（Auger）：成分，成分深度分布；
（7）莫尔干涉仪：形变和受应力情况；
（8）有限元分析：热、热力。
本文根据实际需要，通过外观检查、X-RAY内部透视、超声波测试、电参数测试、特性曲线扫描、开封检查等几个步骤进行分析，并得出失效原因。具体如下：
2.1 外观检查
在50倍光学显微镜下对失效样品进行观察，样品管体标识清楚、外观未见异常，具体情况如图1～图2所示。
2.2 X-RAY内部透视
通过X光透视未见产品存在异常空洞，具体情况如图3所示。
2.3 超声波测试
采用HS-1000型超声波测试系统对正常样品与失效样品进行对比测试，发现失效样品框架存在分层现象（图5红色部位），但芯片与连接部位均未见分层现象，因此判断失效样品并非由于分层出现散热不均而导致产品热击穿。具体见图4、图5所示。
2.4 电参数测试
采用881-TT/P计算机测试系统对正常样品与失效样品进行对比测试，电参数要求参考ON公司MBRS260数据手册[3]，测试结果（TA=24℃）见下表1。
通过测试数据可见失效产品正向、反向均短路。
2.5 特性曲线扫描
对失效样品用QT-2型晶体管特性图示仪扫描特性曲线，其结果为正向与反向特性曲线表现为短路如图6、图7所示，正常样品的反向特性见下图8所示：
2.6 开封检查
将失效样品通过化学方法开封，开封过程中在未加外力的情况下，产品上引线与芯片自然脱离，对其进行去离子水清洗后，通过高倍显微镜观察，发现上引线粘附有部分芯片，且存在明显的烧毁面（见图10所示），同时伴有芯片炸裂现象，显然产品是由于出现了较大的正向电流烧毁，可以排除反响击穿的可能。定义该失效现象为：过流引发的热点集中烧毁现象。
3 失效原因分析
经以上综合分析，该只MBRS260的失效模式为电路回路中出现过流情况，导致芯片烧毁断裂。故障件拆卸后测试后，判断该只MBRS260器件是击穿短路失效（直流电阻约为19欧姆）模式，与分析后得出的结论刚好相反，该情况我们进行了深层次的分析：若MBRS260器件是击穿短路失效，那么不会导致该路电源掉电，更不可能发生将该只MBRS260器件短路而使电源恢复情况。显然，从故障现象看，掉电的结果必然是MBRS260器件断路所致，而测试的MBRS260器件击穿短路失效以及测试到为直流电阻19欧姆的情况应该是拆机时的二次伤害造成。
4 结论
本文通过一些常用的电子元器件失效分析技术对故障肖特基二极管进行了分析，得出了该器件是由于该电源回路中发生过短路情况，瞬间的极大电流击穿烧断芯片，使芯片炸裂而失效，同时推断是由于拆机时的二次伤害造成了故障件有短路现象。针对这种失效模式我提出应在以下两个方向进行工艺改进：
1）避免发生带电装配、拆机的情况；
2）调试、测试过程中，避免造成模块绝缘不良或瞬间短路情况。
参考文献
[1] 恩云飞，罗宏伟，来萍.电子元器件失效分析及技术发展[J].失效分析与预防，2006，1（1）：40-41.
[2] 张安康.微电子器件与电路可靠性[M].3版.北京：电子工业出版社，1992，125-130.
[3] ON Semiconductor.MBRS260T3/D Datasheet[Z].2005.8.