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

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，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生負面的影響，所以需要關注框架銅表面的狀態，借助掃描電鏡（SEM）和能譜（EDS）抽檢以保證品質極其重要。

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，可以呈現不同的細節信息。

經過一次回流焊后銅框架表面氧化和其他揮份污染，變為暗紅色，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。

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可以看到氣孔（~1微米）和近銅界面的合金相。

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，并在內部發現有大量的鐵富集相夾雜，近銅界面發現有氣孔存在。

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。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。