扫描电镜和离子研磨仪在电子器件失效分析中的应用案例

扫描电镜和离子研磨仪在电子器件失效分析中的应用案例

电子器件失效的原因千千万，其中引线框架表面的氧化状态，对器件的焊接有直接的影响。铜基框架表面接触氧气和水气，极容易被氧化，对后期器件焊接或者打线会产生负面的影响，所以需要关注框架铜表面的状态，借助扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）抽检以保证品质极其重要。

在进行电子器件失效分析时，首先观察失效件表面的微观形貌，飞纳台式扫描电镜集成有背散射（BSD，明暗衬度明显的成分像）和二次电子（SED，立体形貌像）两种成像模式，两种模式各有特点，可以呈现不同的细节信息。

经过一次回流焊后铜框架表面氧化和其他挥份污染，变为暗红色，焊接性能大大降低。飞纳扫描电镜可以设置同时采集 BSD 成分像和 SED 形貌像信号，可以提供 Mix（50%BSD + 50%SED，比例可以自选）模式，同时结合两者优点，形貌和成分兼顾。通过 Mix 模式图，可以清晰看到高温之后框架上表面暗红色部位的形貌，推测为铜氧化“镀层”，经过测量厚度约为 273nm，结合扫描电镜的能谱 EDS 成分信息分析，主要为铜、氧、碳及其他少量元素。

在对焊接部位的焊接情况进行分析时，需要观测该部位剖面的合金相分布情况，此时需要用到截面切削的制样设备--离子研磨仪，进行无应力样品切削制备后，使用扫描电镜进一步分析焊接情况。

飞纳扫描电镜提供的 Mix 模式兼顾 BSD & SED 形貌和成分，离子研磨仪切削后的焊锡截面内可以看到气孔（~1微米）和近铜界面的合金相。

Mix 模式离子研磨前后对比

进一步结合 EDS 能谱面扫分析可知：银-锡膏和铜面结合，界面有铜-锡为主合金化晶粒生长，铜引脚有镀镍层，并在内部发现有大量的铁富集相夹杂，近铜界面发现有气孔存在。

焊锡截面 EDS 能谱面扫结果

电子元器件的失效原因有很多，本次分享的案例中主要关注引线框架表面的氧化状态。本案例中使用离子研磨仪的制样方法，搭配飞纳扫描电镜（SEM-EDS），结合扫描电镜的背散射电子像、二次电子像、Mix 模式像以及能谱元素分析结果，清晰观测了失效位置的形貌、相组成，并结合元素组成成分综合分析了元器件失效的情况。