PHÂN TÍCH LỖI (FAILURE ANALYSIS) LÀ GÌ? ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPY ANALYSIS – PHÂN TÍCH ĐIỆN TỬ QUÉT KÍNH HIỂN VI) TRONG PHÂN TÍCH LỖI

Phân tích lỗi (Failure Analysis) là gì?

Phân tích lỗi (FA) là một phương pháp thiết yếu mà các kỹ sư sử dụng trong quá trình phát triển các thiết bị bán dẫn, như CPU ​​có trong điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay của bạn. Nó liên quan đến việc áp dụng nhiều công cụ phân tích để cô lập nguyên nhân gốc rễ của một chế độ lỗi cụ thể để ngăn chặn nó xảy ra trong tương lai. Các chế độ lỗi mô tả cách một thiết bị bị lỗi do không đáp ứng một thông số kỹ thuật điện, cơ học hoặc trực quan nhất định.

Các thiết bị hỏng hóc có thể được xác định trong quá trình sản xuất khi một thành phần hoặc bộ phận không vượt qua được bài kiểm tra kiểm soát chất lượng. Nếu có quá nhiều bộ phận bị ảnh hưởng, năng suất sản xuất sẽ giảm và Phân tích lỗi (FA) có thể sẽ được thực hiện để tìm hiểu nguyên nhân và các giải pháp tiềm năng để xử lý. Một cách khác để xác định các thiết bị hỏng hóc là trong quá trình thử nghiệm độ tin cậy. Trong những trường hợp này, FA được sử dụng để chẩn đoán nguồn gốc vật lý của các lỗi điện như tách lớp, vết nứt bên trong hoặc các khuyết tật vật lý khác.

Tại sao SEM lại cần thiết cho phân tích lỗi (FA)?

Các phương pháp FA thường đi sâu vào sản phẩm hoặc bộ phận cụ thể nào đó để tìm các vết nứt cực nhỏ, tách lớp hoặc khuyết tật vật lý khác ở gần nơi xảy ra sự cố về điện trong thiết bị. Bản thân thiết bị có thể cần phải được cắt ngang để lộ ra các cấu trúc bên trong cần để phân tích. Một yêu cầu cơ bản của các công cụ phân tích được sử dụng trong FA là khả năng hình dung rõ ràng các thành phần hoặc cấu tạo gần vị trí phát hiện ra sự cố về điện.

Kính hiển vi quang học bị hạn chế về độ phân giải (khoảng 200 nano mét) và phạm vi phóng đại vì nó dựa vào ánh sáng khả kiến. Nếu để so sánh thì độ phân giải yêu cầu của phương pháp SEM dao động từ khoảng 1-10 nm, nhìn chung sẽ cải thiện về khả năng hình dung các khuyết tật nhỏ hơn nhiều như vết nứt hoặc tách lớp. Ngoài ra, không giống như kính hiển vi quang học, SEM có khả năng lấy nét sâu hơn, nghĩa là nhiều đặc điểm bất thường hơn sẽ có thể được lấy nét trong một khung nhìn duy nhất. Điều này giúp việc khảo sát một khu vực nhất định, xác định các khuyết tật tiềm ẩn và thực hiện các phép đo kích thước chính xác và dễ dàng hơn nhiều.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscopy) là một công cụ tiêu chuẩn được sử dụng trong phân tích lỗi (FA) không chỉ vì độ phân giải và lợi thế về độ sâu trường ảnh mà còn vì nó có thể cung cấp góc nhìn toàn diện về mẫu bằng nhiều đầu dò. Đầu dò điện tử tán xạ ngược (BSD) và đầu dò điện tử thứ cấp (SED) được sử dụng để thu thập hình ảnh trong SEM cung cấp góc nhìn bổ sung về thành phần và địa hình bề mặt. Một lợi thế khác của SEM là khả năng thực hiện phân tích nguyên tố bằng đầu dò tia X phân tán năng lượng (EDS). Lập bản đồ EDS là một công cụ tuyệt vời để phát hiện mức độ của vết lỗi có thể tương quan với các đặc điểm cấu trúc.

Một số ví dụ về cách SEM có thể giúp ích cho FA là gì?

SEM là một công cụ phân tích lỗi mạnh mẽ và đa năng được sử dụng cho phân tích tác động vật lý và vi mô thành phần. Một số ví dụ về cách SEM thường được sử dụng trong phân tích lỗi bao gồm:

1.Kiểm tra bề mặt:

SEM có thể được sử dụng để xác định các chế độ hỏng hóc bao gồm vết nứt, tách lớp hoặc nhiễm bẩn. Vì độ sâu thoát của các electron thứ cấp gần với bề mặt (~2-5 nm trong kim loại), SED hữu ích để trực quan hóa các đặc điểm bề mặt. Nếu SEM có BSD phân đoạn, thì có thể tạo ra hình ảnh địa hình định tính bằng cách áp dụng phép trừ tín hiệu vào các nửa trên/dưới hoặc trái/phải. Chế độ hình ảnh địa hình có thể làm nổi bật các đặc điểm có thể khó phân biệt hơn khi sử dụng SED, cho phép xác định chính xác các khuyết tật vật lý ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị. Tất cả các mô hình Phenom Desktop SEM đều có BSD phân đoạn tiêu chuẩn chứa bốn phần tư.

2.Phân tích nguyên tố:

Khi kết hợp với hình ảnh SEM, EDS rất có giá trị đối với phân tích lỗi trong ngành bán dẫn. EDS sử dụng tia X phát ra từ mẫu khi mẫu được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử quét để xác định thành phần nguyên tố của mẫu. Sử dụng phần mềm phân tích EDS, các tia X đặc trưng được xác định và thành phần (theo tỷ lệ phần trăm nguyên tử hoặc tỷ lệ phần trăm trọng lượng) được tính toán. Bằng cách phân tích thành phần nguyên tố của vật liệu thành phần, có thể xác định tạp chất, thành phần hợp kim hoặc bất kỳ biến thể nào có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoặc độ tin cậy của thiết bị.

3.Hình ảnh mặt cắt ngang:

Các gói bán dẫn thường được cắt ngang tại vị trí nghi ngờ không thể tiết lộ cấu trúc bên trong quan tâm. Các mẫu này được chuẩn bị riêng cho phân tích SEM và EDS. Một số ví dụ phổ biến về lỗi được tìm thấy thông qua cắt ngang là các vấn đề về kim loại hóa, các gờ cầu nối, tách lớp giao diện, lỗ rỗng trong chất kết dính hoặc chất độn bên dưới và lớp mạ kim loại không nhất quán.

4.Khúc xạ tán xạ ngược electron (EBSD):

EBSD là một kỹ thuật SEM được sử dụng để phân tích định hướng tinh thể và cấu trúc vi mô của vật liệu bán dẫn và kim loại. Bằng cách lập bản đồ định hướng tinh thể và ranh giới hạt, EBSD có thể hỗ trợ xác định nguyên nhân ăn mòn hoặc gãy trong màng mỏng, kết nối và đường vết kim loại trong các thiết bị bán dẫn.

5.Phân tích hạt:

SEM có thể dễ dàng xác định và phân tích kích thước, hình dạng và thành phần của từng hạt có thể gây ra hiện tượng đoản mạch hoặc hư hỏng cơ học cho thiết bị. Hiểu được thành phần và các đặc điểm khác của các hạt lạ có thể giúp xác định nguyên nhân gốc rễ của ô nhiễm, cho dù đó là từ quá trình xử lý, phương tiện lưu trữ/xử lý ở thượng nguồn hay một số nguyên nhân khác.

6.Đặc tính điện:

SEM có thể kết hợp với các kỹ thuật khác, chẳng hạn như phay chùm ion hội tụ (FIB), để tạo ra các tiếp điểm điện trên các đặc điểm của thiết bị vi mô. Phenom Desktop SEM tương thích với Giá đỡ mẫu truyền qua điện , có sáu chốt tháo lắp nhanh có thể được sử dụng để đo hoặc áp dụng điện áp và dòng điện cho mẫu trong quá trình chụp ảnh SEM. Các phương pháp này cho phép thử nghiệm và phân tích điện tại chỗ các thiết bị bị hỏng, cung cấp thông tin chi tiết về các lỗi điện như hở, ngắn mạch hoặc dòng điện rò rỉ.

Để nhận biết và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của thị trường cho sản phẩm, xin vui lòng liên hệ dịch vụ chứng nhận và dịch vụ kiểm tra vật lý và hóa học của BACL:

BACL, có trụ sở chính tại Thung lũng Silicon, là cơ quan chứng nhận và thử nghiệm quốc tế toàn diện của bên thứ ba. Hiện tại chúng tôi có các phòng thử nghiệm vật lý và hóa học ở Hoa Kỳ, Thâm Quyến, Đông Quan, Hạ Môn và những nơi khác, đồng thời chúng tôi đã công nhận các chứng nhận của UKAS (Phòng thí nghiệm số: 7827), CNAS (Số đăng ký: L2408, L5662, L6290, L9963, L11432, IB0343), CPSC (ID phòng thí nghiệm: 1112, 1415, 1647), CMA (Số: 2016192126Z, 2015192413Z) và các cơ quan chức năng khác. Chúng tôi cung cấp đầy đủ các dịch vụ thử nghiệm bao gồm giày dép, đồ chơi, dệt may, quần áo, da, trang sức, hàng tạp hóa, vật liệu tiếp xúc với thực phẩm, mỹ phẩm và các sản phẩm điện và điện tử, v.v. Chúng tôi có thể giúp các doanh nghiệp hoàn thành việc kiểm soát chính xác toàn bộ chuỗi ngành từ nguyên liệu thô đến thành phẩm.

Văn phòng HCM: 261 Hoàng Văn Thụ, Phường 2, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh – SĐT liên hệ: 0283 547 5282

Văn phòng Hà Nội: Số 8 đường CN6, Lô A2 Cụm Công Nghiệp Vừa và Nhỏ Từ Liêm, Phường Minh Khai, Quận Bắc Từ Liêm, Thủ đô Hà Nội – SĐT liên hệ: 0243 204 5882